Признаки нормальной работы электролизера

Нормальная работа электролизера характеризуется установившимся тепловым равновесием между приходом и расходом тепла и устойчивыми показателями процесса электролиза.

Нормальная работа ванны обеспечивается соблюдением норм, установленных технологической инструкцией. При строгом выполнении этой инструкции достигается максимальная производительность ванны, минимальный расход электроэнергии и сырья, а алюминий получается высокого качества. Согласно инструкции, нормируются следующие технологические параметры: температура электролита, междуполюсное расстояние, рабочее напряжение, уровни электролита и металла, состав электролита, частота анодных эффектов, перепад напряжения в падине ванны и др.

Температура электролита, как отмечалось выше, весьма сильно влияет на производительность ванны. Как показывает практика, оптимальная температура равла 950 - 970°С. Повышение верхнего предела недопустимо, всегда стремятся работать нанижнем пределе.

Междуполюсное расстояние. Поскольку основная часть тепла, необходимого для поддерживания нормальной температуры электролита и компенсации тепловых потерь, выделяется при прохождении электрического тока в междуполюсном зазоре, то величина зазора существенно влияет на весь температурный режим ванны. Для поддержания нормального теплового режима междуполюсное расстояние устанавливают в пределах 4 - 5см в зависимости от плотности тока, состава электролита и тепловой изоляции ванны.

В настоящие время стремятся работать на нижнем пределе между полюсного расстояния. Благодаря этому удаётся держать на сериях электролиза повышенную силу тока, что обеспечивает увеличение производительности ванн без изменения расхода электроэнергии. Регулируют междуполюсное расстояние, поднимая и опуская анод. О величине междуполюсного расстояния судят по рабочему напряжению на ванне.

Рабочее напряжение на нормально работающей ванне обычно составляет 4,0 - 4,5В и зависит от режима работы ванны. Регулируют величину напряжения, изменяя междуполюсное расстояние (т. е. поднимая или опуская анод).

Количество электролита и металла в ванне. Состояние технологического процесса в значительной степени зависит от количества жидкого электролита и металла в ванне. Обычно количество жидкого электролита и металла оценивают уровнем, т. е. высотой их слоев в ванне.

Уровень электролита в нормально работающей ванне поддерживают в пределах 17 - 20см. Снижение уровня электролита против указанного может осложнять работу ванны. В ваннах с малым уровнем электролита растворяется недостаточное количество глинозёма, в результате чего учащаются анодные эффекты. При повышенной загрузки глинозёма в электролит избыточная часть его выпадает на подину и расстраивает ход ванны.

Поскольку при низком уровне электролита нельзя загружать на корку полную норму глинозёма, то поверхность анода оголяется, и он окисляется. Однако на ванне с боковым токоподводом превышение уровня электролита более 20см приводит к увеличению падения напряжения в той части анода, которая погружена в электролит. При большом уровне электролита на ванне с обожжёнными анодами увеличивается расход их за счёт извлечения большого количества огарков из ванны. Поэтому увеличение уровня электролита выше 20см нежелательно, как и снижение его ниже 17см.

Сохранение постоянного уровня металла в ванне даёт возможность предохранить её подину от разрушения, заполнить неровности на подине и закрывать осадки и настыли, что обеспечивает равномерное распределение тока на поверхности катода, выровнять температуру в рабочем пространстве ванны за счёт хорошейтеплопроводности алюминия.

В современной заводской практике стремятся работать с большим достаточным уровнем металла в ванне. Это позволяет не только выровнять температуру в ванне, но и получить устойчивые боковые гарниссажи и бортовые настыли, которые увеличивают катодную плотность тока и препятствуют утечке тока. Всё это способствует увеличению выхода по току и повышению силы тока на ванне.

Обычно в ваннах с непрерывным анодом уровень металла поддерживают в пределах 25 - 30см после извлечения из них алюминия. В многоанодных ваннах уровень металла может быть меньше (порядка 15 - 20см), так как в них лучше условия охлаждения.

Состав электролита оказывает существенное влияние на работу ванн. Заводской практикой установлено, что лучшие показатели при прочих равных условиях дают ванны, электролит которых имеет криолитовое отношение 2,6 - 2,8 и содержит солевые добавки (в частности, фтористый магний, фтористый кальций, хлористый натрий и др.) для повышения легкоплавкости и улучшения других физико-химических свойств. Например, добавка в электролит (с криолитовым отношением 2,6 - 2,8) до 4 - 5% фтористого магния, как показал опыт работы, позволяет повысить силу тока, несколько увеличить выход по току и по энергии, сократить расход анодной массы и улучшить отделение угольных частиц от электролита.

Характер и частота анодных эффектов (вспышек). Анодный эффект позволяет контролировать работу ванны, а также до какой-то степени регулирует тепловой режим ванны.

В хорошо работающей ванне мгновенно возникают анодные эффекты: напряжение с 4,0 - 4,5В резко повышается до 30 - 50В, что обнаруживается по яркому накалу низковольтной лампочки, подключённой параллельно вольтметру.

Частота вспышек зависит от количества глинозёма, одновременно загружённого в электролит, а также от того, как часто их предупреждают -загружают глинозём в ванну ещё до возникновения на ней очередного анодного эффекта.

Учитывая отрицательную роль анодных эффектов (повышенный расход энергии, перегрев электролита, ухудшение условий труда), они обычно допускаются через 34 - 35 час. или не более 0,7 вспышек в сутки. Время гашения анодного эффекта не должно превышать 2 – 3 мин. Опыт показывает, что при определённом способе питания ванн глинозёмом можно нормально вести процесс электролиза при частоте вспышек не более 0,3 - 0,2 в сутки, а иногда и меньше.

Перепад напряжения в подине ванны, замеренный на участке жидкий алюминий - катодный стержень, характеризует чистоту подины. В нормально работающей ванне эта величина не превышает 0,3 - 0,4В. Повышение перепада напряжения в падине свидетельствует о загрязнении её осадками, настылями, карбидами.

Нормальная работа ванны наряду с рассмотренными выше параметрами характеризуется также присущими для неё внешними признаками, которые регламентировать технологическими нормами невозможно. Тем не менее, многие из них очень важны, и без знания их трудно вести нормальный процесс электролиза. Рассмотрим некоторые из этих внешних признаков работы ванны.

Огни, выбивающиеся из - под корки застывшего электролита на ваннах с боковым токоподводом к аноду, должны быть отведены от анода на 15 - 20см (по два с каждой продольной стороны). При нормальной работе эти огни интенсивные и с силой вырываются из - под корки. Цвет их — голубой с небольшой примесью жёлтого пламени. Появление вялых ярко - жёлтых огней, а также многих огоньков в непосредственной близости к аноду свидетельствует о повышенной температуре электролита или более сильном расстройстве.

На ваннах с верхним токоподводом к аноду огни в горелках должны гореть интенсивно. Прекращение горения огней в горелках и появление огоньков у анода служит признаком горячего хода ванны или более сильного её расстройства.

Корка, покрывающая электролит, не должна быть слишком толстой, причём на одном и том же расстоянии от анода толщина её должна быть примерно одинаковой со всех сторон ванны, как с боковым, так и с верхним токоподводом, а аноду. Если корка легко разрушается или проваливается, то это свидетельствует о горячем ходе ванны. Слишком крепкая корка является признаком холодного хода ванны. Прочность корки также зависит от состава электролита и глинозёма.

Гарниссаж должен в верхней части боковой футеровки ванны иметь толщину 10 - 13см; в нижней части - переходит в подовую настыль, закрывающую катод ванны по всей площади его между стенками шахты ванны и анодом. Такая настыль не должна распространяться под анод, так как это ухудшает ход ванны.

Электролит после разрушения корки должен равномерно бурлить вокруг анода и выплёскиваться из - под анода. Наличие в ванне участков со спокойно плывущим из - под анода электролитом указывает, что в этом месте или вблизи его в ванне имеется замыкание катода с анодом или анод слишком высоко поднят и едва касается электролита.

Жёлтое пламя и маленькие жёлтые огоньки, появляющиеся на поверхности жидкого электролита и вокруг анода, указывают на перегрев ванны и выделение в ней (наряду с алюминием) натрия.

Поверхность анода должна быть ровной и иметь примерно одинаковую температуру на участках, расположенных на равном расстоянии над электролитом. Местные перегревы или охлаждения свидетельствуют о нормальном ходе ванны.

Угольная пена при обработке ванны, как на вспышке, так и без вспышки должна хорошо отделяться от электролита. Электролит должен быть чистым и не смачивать угольную пену. Угольная пена должна собираться на поверхности электролита и сгорать в результате взаимодействия с двуокисью углерода, образующейся в процессе электролиза.

При замерах уровней металла и электролита граница раздела на стальном ломике должна обозначаться резко Отсутствие резкой границы свидетельствует о том, что ванна имеет горячий ход.

Обслуживание ванн в период их нормальной работы сводится к выполнению следующих основных операций: питанию глинозёмом, наблюдению за уровнем электролита и металлом, корректированию состава электролита, извлечению алюминия из ванны и обслуживанию анодов.

Специальная часть