Методическое пособие

ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ИРКУТСКОЙ ОБЛАСТИ

«БРАТСКИЙ ИНДУСТРИАЛЬНО-МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ ТЕХНИКУМ»

МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ К ПРАКТИЧЕСКИМ РАБОТАМ

«Технология производства цветных металлов (алюминия)»

для профессии Металлургия цветных металлов

2020 г.

Организация-разработчик: Государственное автономное профессиональное образовательное учреждение Иркутской области «Братский индустриально-металлургический техникум» (ГАПОУ БрИМТ).

Разработчик: Рогачёв Юрий Владимирович – преподаватель ГАПОУ БрИМТ.

Утверждено на заседании предметной цикловой комиссии

Протокол № ______ «_____» ____________________ 2020 г.

Председатель ПЦК М.В. Столярова

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Мониторинг качества обучения на всех стадиях обучения всегда был неотъемлемой частью современного образования, а в связи с переходом на новые образовательные стандарты эта проблема становится более актуальной. Качество проведения мониторинга влияет на эффективность и объективность полученных результатов.

Выполнение студентами практических работ направлено на обобщение, систематизацию, углубление и закрепление полученных знаний. На практических занятиях предусматривается прививать студентам навыки самостоятельной работы с технической и справочной литературой, помочь овладеть методами решений типовых заданий.

Практические занятия проводятся по всем изучаемым темам. В процессе выполнения практических работ студент

должен знать:

- химический состав промышленного электролита;

- назначение, устройств, принцип действия и особенности эксплуатации технологического оборудования;

- признаки нормально работающего электролизёра;

- методы обслуживания электролизёров при нарушении технологического режима процесса электролиза.

Практическое задание №1

Тема: определение возможности выделения металлов из растворов и расплавов.

Цель урока: определить возможность выделения металлов из растворов и расплавов.

Электропроводность растворов или расплавов солей (электролитов) изучает наука – электрохимия.

Если мы соберем прибор с электродами из графита, помещённых в раствор электролитаCuSO_4, то убедимся, что стрелка амперметра отклоняется – через раствор идет ток. Через электролит электроны «самостоятельно» почти не проходят, должен произойти разрыв цепи. Причиной электропроводности растворов некоторых веществ, являются ионы, которые образуются при растворении соли в воде. При растворении в воде молекула CuSO_{4 распадается} (диссоциирует) на два разнозаряженных иона – Cu²⁺ и SO₄^2- . Упрощенно происходящие процессы можно отразить следующей формулой:

CuSO₄Cu²⁺+SO₄^2-

Положительно заряженный ион Cu²⁺ (катион) притягивается к отрицательно заряженному электроду – катоду, где получает недостающие электроны и восстанавливается до металлической меди – простого вещества. Если извлечь катод из прибора после прохождения через раствор тока, то нетрудно заметить красно-рыжий налет – это металлическая медь. Отрицательно заряженный ион SO₄^2- (анион) притягивается к положительно заряженному электроду – аноду, где отдаёт свои лишние электроны. Таким образом, электроны как бы «перемещаются» с катода на анод – цепь замыкается.

Вещества, растворы или расплавы которых проводят электрический ток, называются электролитами.

Процесс распада электролита на ионы называется электролитической диссоциацией.

Возвращаясь к языку химических уравнений, запишем две полуреакции:

Cu²⁺+2е=Cu

SO₄^2--2e=SO₄

Одна из них, сопровождающаяся отщеплением электронов, является окислительной, а другая, связанная с поглощением электронов, восстановительная.

Электрод, подключённый к отрицательному полюсу и на котором идёт восстановление (поглощение электронов), называется катодом. Анод – электрод, подключённый к положительному полюсу и на котором идёт окисление (отщепление электронов).

Окислительно-восстановительными называются химические реакции, в ходе которых происходит изменение степеней окисления атомов или групп атомов. Степень окисления – это формальный заряд атома в веществе. Например, для меди степень окисления +2, для алюминия +3.

Практическое задание №2

Тема: расчет величин, характеризующих процесс электролиза.

Цель: уметь вести расчеты процесса электролиза.

В проводниках первого рода ток переносят электроны (металлы, полупроводники), в проводниках второго рода – ионы (растворы и расплавы электролитов).

Электродом называется проводник первого рода, контактирующий с проводником второго рода.

Полуреакции, протекающие на границе проводник первого рода – проводник второго рода (электролит) с участием электронов, называются электрохимическими реакциями. Эти реакции протекают на такой границе, на которой электронная проводимость электрического тока заменяется ионной проводимостью.

Ионы разных знаков при встрече могут снова объединиться в нейтральные молекулы – рекомбинировать, то есть при электролизе окислительно-восстановительная реакция может протекать в любом направлении и носить обратимый характер.

Взвешивая катод до и после опыта (см. рисунок), можно точно определить массу осадившегося металла. Измерения показывают, что масса вещества, выделившегося на электроде, зависит от силы тока и времени электролиза:

M=κ·I·t ,

где М – масса вещества, претерпевшего превращение

I - сила тока, проходящего через границу раздела

t - продолжительность прохождения тока (электролиза)

κ – коэффициент пропорциональности, называемый электрохимическим эквивалентом и показывающий, какое количество вещества претерпело превращение при прохождении через границу единицы количества электричества.

Первый закон Фарадея. Масса вещества, выделившегося на электроде, прямо пропорциональна заряду (количеству электричества), прошедшему через электролит (через границу).

На основании многочисленных опытов Фарадей пришёл к выводу, что электрохимический эквивалент является величиной, характерной для каждого вещества. Так, например, при электролизе раствора азотнокислого серебра AgNO₃, 1 кулон (1Кл=1/3600А·час) выделяет 1,1180 мг серебра. Точно такое же количество серебра выделяется при электролизе зарядом 1 Кл любой другой серебряной соли. При электролизе соли другого металла 1Кл выделяет другое количество данного металла. Таким образом, электрохимическим эквивалентом какого-либо вещества называется масса этого вещества, выделяемая при электролизе 1 кулоном протекшего через электролит электричества.

Из таблицы видно, что эти значения электрохимических эквивалентов для некоторых веществ существенно отличаются один от другого.

Практическое задание №3

Тема: выбор оптимального состава электролита.

Цель: уметь выбрать оптимальный состав электролита.

Для измерения количеств веществ, участвующих в химических реакциях, выбрана особая единица – моль. Чтобы отмерить один моль вещества, нужно взять столько граммов его, какова его относительная молекулярная масса. Например, 1 моль воды (Н₂О) равен 18 граммам (1+1+16=18), моль кислорода О₂ – 32 грамма (16+16=32), моль железа Fe – 56 граммов, алюминия Al – 27 граммов.

Один моль NaF = 23+17 = 40г. Один моль AlF₃ = 27 + 17 +17 +17 = 78 г.

Особенно важно, что 1 моль любого вещества всегда содержит одинаковое число молекул.

Моль – это количество вещества, в котором содержится 6·10²³ молекул этого вещества. Это число (N) называют числом Авогадро или постоянной Авогадро: N=6·10²³моль^-1.

Основой электролита служит раствор глинозёма в расплавленном криолите плюс добавки фтористых солей. В практике чистый криолитоглинозёмный расплав не применяется, так как криолит имеет довольно высокую температуру плавления - 1010ºС. Добавки некоторых солей позволяют значительно её снизить, что положительно сказывается на процессе

В состав электролита, кроме криолита (Na₃AlF₆) и глинозёма (Al₂O₃), входят фтористый алюминий (AlF₃ 3-6%), фтористый кальций (CaF₂ 2-4%), иногда фтористый магний (MgF₂ до5 %), хлористый натрий (NaCl 2-4%) и фторид лития (LiF до 5%).

Для характеристики состава электролита используется понятие «криолитовое отношение» (КО). Это число молей фтористого натрия (NaF), приходящихся на один моль фтористого алюминия (AlF₃). Химическую формулу криолита Na₃AlF₆ можно написать в другом виде:

N a₃AlF₆=3NaF·AlF₃

Тогда легко определить КО криолита:

3NaF∕AlF₃=3

Электролит с КО=3 называют нейтральным. Если электролит содержит избытокAl.01.20069ваниядств пожаротушенияикF₃, то КО меньше трёх – такой электролит называют кислым. Если же КО больше 3, то есть содержится избыток NaF, то электролит щелочной. В последнее время пользуются электролитом, который содержит в своём составе порядка 15% избытка AlF₃, что соответствует КО 2,3-2,5.

Свойства криолита:

• является относительно хорошим растворителем для глинозёма;

• имеет более высокое напряжение разложения, чем глинозём;

• имеет в расплавленном состоянии хорошую электропроводность;

• имеет приемлемую температуру плавления;

• не реагирует в сколь-либо заметной степени с алюминием и углеродом;

• образует достаточно жидкий расплав;

• его плотность в расплавленном состоянии (2,1 г∕см³) ниже, чем плотность жидкого алюминия (2,3 г∕см³);

• он имеет сравнительно низкое давление пара (летучесть).

Критериями оптимального состава электролита являются – высокий выход по току, малый расход электроэнергии, экологические требования, стабильная работа ванны, малая себестоимость.

Практическое задание №4

Тема: составление электродных процессов при электролизе криолитоглиноземных расплавов.

Цель: знать электродные процессы при электролизе криолитоглиноземных расплавов.

Электролиз криолито-глинозёмных расплавов является основным способом получения алюминия.

В основе электролитического производства алюминия лежит электролиз криолито-глинозёмных расплавов, основными компонентами которых являются: криолит (Na₃AlF₆), фтористый алюминий (AlF₃) и глинозём (Al₂O₃).

Если окислительно-восстановительные реакции в гальванических элементах протекают самопроизвольно и электрический ток является следствием химической реакции, при электролизе наоборот – процесс химического превращения требует затраты электроэнергии, то есть электрический ток вызывает химическую реакцию. Поэтому справедливо определение – электролизом называется процесс химического превращения, происходящего в результате действия электрического тока.

Температура электролита при нормальном технологическом режиме электролиза от 950˚С до 965˚С.

Основным агрегатом является электролизёр. Если первые промышленные электролизёры были рассчитаны на силу тока 0,6 кА, за последние 100 лет сила тока возросла до 400 кА. Тем не менее, это не внесло существенных изменений в основы производственного процесса.

Существует два основных типа расходуемых угольных анодов: самообжигающиеся и предварительно обожжённые. Расплавленный алюминий при температуре электролиза (950-960°С) тяжелее электролита и находится на подине электролизёра. Криолитоглинозёмные расплавы очень агрессивны, противостоять им могут углеродистые и некоторые новые материалы. Из них и выполняется внутренняя футеровка электролизёра. Для преобразования переменного тока в постоянный применяются полупроводниковые выпрямители, установленные в кремниевой преобразовательной подстанции (КПП). Один выпрямительный агрегат даёт ток силой до 63 кА. Число их зависит от необходимой силы тока, так как все они включены параллельно.

Процесс, протекающий в электролизёре, состоит в электролитическом разложении глинозёма, растворённого в электролите. На жидком алюминиевом катоде выделяется алюминий, который периодически выливается вакуум-ковшами и отправляется в литейное отделение. На аноде происходит окисление углерода выделяющимся кислородом. Отходящий анодный газ представляет собой смесь СО₂ и СО.

Глинозём, при растворении в криолите, диссоциирует на катионы Al³⁺ и анионы O^2-.

На границе раздела алюминий-электролит протекает реакция восстановления ионов трёхвалентного алюминия.

Al³⁺ + 3е → Al

На угольном аноде происходит разряд кислородсодержащих ионов с образованием окислов CO и СО₂

2O^2-– 4e + C → CO₂↑

или CO₂+ C → 2CO↑

Если суммировать катодные и анодные реакции, протекающие при разложении глинозёма, то процесс электролиза можно записать в таком виде:

Al₂O₃ + 2C → 2Al + CO₂↑ + CO↑

Практическое задание №5

Тема: составление технологической схемы производства глинозема по способу Байера

Цель: знать технологическую схему производства глинозема по способу Байера

Наибольшее распространение имеет щелочной способ (метод К. И. Байера, разработанный в России в конце позапрошлого столетия и применяемый для переработки высокосортных бокситов с небольшим количеством (до 5 – 6 %) кремнезема). С тех пор техническое выполнение его было существенно улучшено. Схема производства глинозема по способу Байера представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Схема получения глинозема по способу Байера

Сущность способа состоит в том, что алюминиевые растворы быстро разлагаются при введении в них гидроокиси алюминия, а оставшийся от разложения раствор после его выпаривания в условиях интенсивного перемешивания при 169 – 170 °С может вновь растворять глинозем, содержащийся в бокситах.

Практическое задание№6

Тема: составление технологической схемы производства глинозема по способу спекания.

Цель: уметь составлять технологическую схему производства глинозема по способу спекания

Отличительной особеностью способа спекания от чисто гидрометаллургического является операция спекания - пирометаллургический передел. Цель этой операции - связать кремний в малорастворимые при последующей гидрометаллургической переработке соединения, чтобы затем на стадии выщелачивания спека вывести кремний из процесса.

С увеличением содержания SiO₂ переработка боксита по способу Байера становится экономически невыгодной, т.к. значительно увеличиваются потери щелочи и алюминия с красным шламом в виде соединения гидроалюмосиликата натрия по реакциям
SiO_2тв + 2NaOH_р-р = Na₂SiO_3р-р + H₂O_р-р
2Na₂SiO_3р-р+2NaAl(OH)_4р-р=Na₂O·Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O↓_тв+4NaOH_р-р
Бокситы с кремневым модулем меньше 6-7 единиц экономически целесообразнее перерабатывать по способу спекания.

Способом спекания перерабатывают бокситы (с получением бокситового спека), нефелиновые концентраты и руды (нефелиновый спек), байеровские шламы последовательного способа Баер-спекание (шламовый спек) и каолины или алюмокальциевые шлаки (алюмокальциевый саморассыпающийся спек).
Суть способа спекания заключается в термической обработке шихты с получением спека, с образованием алюмината натрия Na₂O·Al₂O₃, феррита натрия Na₂O·Fe₂O₃ и двухкальциевого силиката 2CaO·SiO₂ (ортосиликата кальция).
Идеи связать минералы алюминия в растворимую форму – алюминат натрия (Ле-Шателье), а основную наиболее вредную примесь SiO₂ – в малорастворимый силикат (Мюллер) имеют более чем 150-летнюю историю. Эти идеи лежат в основе способа переработки глиноземсодержащего сырья – бокситов, нефелинов, каолинов – спеканием.
Получаемый спек выщелачивают, и в раствор переходят полезные компоненты Al₂O₃ и Na₂O. Однако в связи с тем, что ортосиликат кальция, частично взаимодействуя с алюминатным раствором, разлагается и загрязняет алюминатный раствор кремнеземом SiO₂, требуется передел двухстадииного обескремнивания с удалением из раствора: на первой стадии – гидроалюмосиликата натрия и на второй – гидрограната кальция. Очищенный от кремния раствор подвергается разложению карбонизацией (или декомпозицией), в ходе которой образуются А1(ОН)₃ и раствор карбонатов. Гидроксид алюминия направляется на кальцинацию с получением оксида алюминия, а карбонатный маточник после выпарки идет в начало процесса на приготовление шихты (для бокситов) или на глубокую выпарку с получением соды и поташа как конечных продуктов. Также применяется и остающийся после выщелачивания белитовый шлам, который идет на получение цемента, что создает условия для создания комплексной безотходной технологии переработки нефелинов.

Способ спекания включает в себя следующие технологические операции:
1) приготовление шихты;
2) спекание шихты с получением спека;
3) измельчение и выщелачивание спека;
4) обескремнивание выщелоченной пульпы;
5) отделение алюминатного раствора от красного шлама и промывка красного шлама;
6) разложение алюминатного раствора;
7) отделение маточного раствора от гидроксида алюминия;
8) упаривание спекового раствора и выделение содо-сульфатной смеси;
9) прокалка гидроксида алюминия с получением глинозема;
10) узел выгрузки, хранения и ввода в процесс кальцинированной соды.

Конечным продуктом, как и в способе Байера, является глинозем.

Практическое задание №7

Тема: расчет расхода углерода на производство алюминия.

Цель: уметь производить расчеты расхода углерода на производство алюминия.

Существует два основных типа расходуемых угольных анодов: самообжигающиеся и предварительно обожжённые. Расплавленный алюминий при температуре электролиза (950-960°С) тяжелее электролита и находится на подине электролизёра. Криолитоглинозёмные расплавы очень агрессивны, противостоять им могут углеродистые и некоторые новые материалы. Из них и выполняется внутренняя футеровка электролизёра. Для преобразования переменного тока в постоянный применяются полупроводниковые выпрямители, установленные в кремниевой преобразовательной подстанции (КПП). Один выпрямительный агрегат даёт ток силой до 63 кА. Число их зависит от необходимой силы тока, так как все они включены параллельно.

Процесс, протекающий в электролизёре, состоит в электролитическом разложении глинозёма, растворённого в электролите. На жидком алюминиевом катоде выделяется алюминий, который периодически выливается вакуум-ковшами и отправляется в литейное отделение. На аноде происходит окисление углерода выделяющимся кислородом. Отходящий анодный газ представляет собой смесь СО₂ и СО.

Глинозём, при растворении в криолите, диссоциирует на катионы Al³⁺ и анионы O^2-.

На границе раздела алюминий-электролит протекает реакция восстановления ионов трёхвалентного алюминия.

Al³⁺ + 3е → Al

На угольном аноде происходит разряд кислородсодержащих ионов с образованием окислов CO и СО₂

2O^2-– 4e + C → CO₂↑

или CO₂+ C → 2CO↑

Если суммировать катодные и анодные реакции, протекающие при разложении глинозёма, то процесс электролиза можно записать в таком виде:

Al₂O₃ + 2C → 2Al + CO₂↑ + CO↑

Расчёт по этой реакции позволяет найти теоретические расходные коэффициенты глинозёма 1889кг и углерода 339кг на тонну алюминия.

Практическое задание №8

Тема: расчет теоретического расхода глинозема на производство алюминия.

Цель: уметь производить расчеты расхода глинозема на производство алюминия.

Глинозём, при растворении в криолите, диссоциирует на катионы Al³⁺ и анионы O^2-.

На границе раздела алюминий-электролит протекает реакция восстановления ионов трёхвалентного алюминия.

Al³⁺ + 3е → Al

На угольном аноде происходит разряд кислородсодержащих ионов с образованием окислов CO и СО₂

2O^2-– 4e + C → CO₂↑

или CO₂+ C → 2CO↑

Если суммировать катодные и анодные реакции, протекающие при разложении глинозёма, то процесс электролиза можно записать в таком виде:

Al₂O₃ + 2C → 2Al + CO₂↑ + CO↑

Расчёт по этой реакции позволяет найти теоретические расходные коэффициенты глинозёма 1889кг и углерода 339кг на тонну алюминия.

Таким образом, теоретически на процесс электролиза расходуется глинозём и углерод анода, а также электроэнергия, необходимая не только для осуществления электролитического процесса – разложения глинозёма, но и для поддержания высокой рабочей температуры. Практически расходуется и некоторое количество фтористых солей, которые испаряются и впитываются в футеровку. На практике, в среднем по всем законам, для получения 1 тонны алюминия необходимо:

• глинозёма _______________________1925-1930 кг

• углерода анода ___________________500-600 кг

• фтористых солей __________________50-70 кг

• электроэнергии (в переменном токе) __14500 – 17500 кВт ч.

Практическое задание №9

Тема: выбор конструкции электролизеров и его электрических параметров.

Электролизёр включает следующие основные блоки:

Катодное устройство.

Анодный узел.

Система подвода тока (ошиновка).

Система газоотсоса.

Электролизёры классифицируются:

по устройству анода — на электролизёры

- с самообжигающимися (СОА)

- обожжёнными (ОА) анодами

по подводу тока к аноду - на электролизёры

- боковым (БТ)

-верхним (ВТ) токоподводом

по мощности - на электролизёры

-малой (до 50 к А)

- средней (от 50 до 100 к А)

- большой мощности (от 100 до 160 кА)

- сверхмощные (от 160 кА и более).

Электролизёры снабжены укрытиями, отводящими отходящие газы и системой очистки. Технологический процесс требует, чтобы укрытие было герметично для обеспечения газоотсоса в коллектор. В удалённых газах от электролизёров преобладает диоксид углерода, азот, кислород, газообразные и твёрдые фториды и частицы глинозёмной пыли. Для их удаления и возвращения в процесс применяются различные технологические схемы.

Современные электролизёры оборудованы системой автоматического питания глинозёмом (АПГ). Одна система пробойник-дозатор устанавливается в расчёте, приблизительно на 40 кА тока. Частота загрузки 1-2 минуты при дозе, меняющейся от 200г до 1кг. Диаметр отверстия в корке составляет около 15 см.

Практическое задание №10

Тема: расчёт числа электролизеров и производительности серии.

Расчет числа электролизеров и производительности серии

Число работающих электролизеров в серии определяется средним напряжением электролизера (без составляющей от анодных эффектов) и напряжением выпрямительных агрегатов. При этом учитываются: потери напряжения в шинопроводах преобразовательной подстанции (принимаем 1 %), резерв напряжения для предупреждения снижения силы тока при возникновении анодного эффекта

(принимаем 30 В) и резерв напряжения для компенсации возможных колебаний во внешней электросети (принимаем 1 %).

При этих условиях для подстанции на 850 В определяющее число устанавливаемых в серии электролизеров напряжение составит: 850—(8,5+30+8,5) =803 В.

При работе в режиме, когда допускается один анодный эффект в сутки продолжительностью 1,5 мин с напряжением 35 В, составляющая часть от анодных эффектов в среднем напряжении электролизера будет равна: 1·1,5·35/(24·60) = 0,036 В (принимаем 0,04 В), где 24—число часов в сутках; 60—число минут в часе.

Число рабочих электролизеров n _раб в серии составит;

n _раб == 803/(4,29 — 0,04) == 189 (округленно).

Для максимального использования возможностей преобразовательной подстанции и обеспечения постоянства производительности серии число устанавливаемых в ней электролизеров должно быть больше, чем работающих, на число резервных электролизеров.

Число резервных электролизеров в серии определяется продолжительностью межремонтной эксплуатации (принимаем 3 года) и числительностью простоя на ремонте (принимаем 18 сут с обжигом). При этих условиях число резервных электролизеров n₁ составит:

где 365—число дней в году.

Общее число устанавливаемых в серии электролизеров п составит:

n=n _раб+n₁= 189+3= 192.

При наиболее распространенном двухрядном расположении электролизеров серия из 192 электролизеров размещается в двух корпусах электролиза по 96 электролизеров в каждом.

Годовая производительность серии (Р) рассчитывается по формуле

Р= I · 8760 · 0,336 η_тn_раб · 10^-6= 100 000 ·8760 ·0,336· 0,865·192 · 10^-6 = 48883.3 т,

где I—сила тока серии, А; 8760—число часов в году; 0,336—электрохимический эквивалент, г/(А.ч); η_т—выход по току, доли ед.; n_раб—число работающих электролизеров в серии.

Практическое задание №11

Тема: расчёт габаритов самообжигающегося и обожженного анода.

При конструктивном расчете определяют основные размеры (габариты) электролизера.

Размеры анода. Площадь сечения анода S_a определяется по силе тока I и анодной плотности тока d_a:

Для электролизера с самообжигающимся анодом на силу тока 100 кА экономичная анодная плотность тока составляет около 0,7 А/см².

S_a=I/d_а ==100 000/0,7 ==142 860 см² (округленно).

Ширину анода В_а принимаем равной 270 см, тогда длина (А) определяется как А ==S_а/B_а= 142 860/270=530 см (округленно).

Высота анода H_а определяется из суммы высот конуса спекания h_к (принимаем 1100 мм) и уровня жидкой анодной массы h_ж (принимаем 350 мм). Отсюда Н_а = h_к + h_ж == 1100 + 350 = 1450 мм.

Практическое задание №12

Тема: Расчет внутренних размеров шахты ванны и катодного кожуха.

Внутренние размеры шахты электролизера определяем из найденных размеров (длины и ширины) анода и расстояния до стенок бортовой футеровки электролизера.

Опытом эксплуатации электролизеров установлено, что оптимальное расстояние от продольной стороны анода до боковой футеровки должно составлять 550—650 мм, а и торцовой части 500—600 мм в зависимости от типа и мощности электролизера. Принимаем это расстояние для продольной стороны, а=600 мм, а для торцовой b=550 мм. Тогда внутренние размеры шахты электролизной ванны составят: ширина В_ш =В_а +2а=2700+2·600=3900 мм; длина L_ш == А + 2b == 5300 + 2·550 == 6400 мм.

Глубина шахты ванны (H_ш) при уровне технологического алюминия h_м =320 мм, электролита h_э=180 мм и толщине корки электролита с глиноземом в шахте ванны h_г=50 мм составит:

Н = h_м+ h_э + h_г == 320 + 180 + 50 = 550 мм.

Конструкция катода. Основные размеры конструктивных элементов сборноблочного катодного устройства определяются найденными геометрическими размерами шахты ванны и стандартными размерами выпускаемых промышленностью прошивных угольных блоков и стальных токоподводящих стержней.

Отечественная промышленность выпускает катодные блоки высотой 400 мм, шириной 550 мм н длиной от 600 до 2200 мм. При ширине подины ванны 3900 мм выбираем длину катодных блоков, равную 2000 мм и 1600 мм. Тогда расстояние между катодными и боковыми блоками по продольной стороне шахты ванны будет равно: 3900—(2000+1600+40):2=130 мм, где 40—ширина шва между катодными блоками, мм.

Расстояние между катодными и боковыми блоками в торцах шахты ванны будет равно: 6400—(10·550+9·40):2=270 мм, где 10—число катодных блоков в ряду; 9—число набивных швов между катодными блоками.

Таким образом, подина электролизера будет смонтирована из 20 катодных секций с перевязкой центрального шва по 10 секций в ряду. В паз каждого блока заделываются чугуном катодные стержни сечением 115х230 мм, длиной 2590 мм для блоков 400Х550Х2000 и длиной 2190 мм—для блоков 400Х 550Х1600 мм.

Размеры катодного кожуха. Внутренние размеры кожуха определяются геометрическими размерами шахты ванны и толщиной слоя теплоизоляционных материалов. При условии применения в качестве боковой футеровки угольных плит толщиной 200 мм и теплоизоляционного слоя толщиной 60 мм, а для подины шахты ванны, кроме катодных блоков высотой 400 мм, угольной подушки 30 мм,
теплоизоляционного слоя из 5 рядов кирпича по 65 мм каждый и шамотной засыпки толщиной 50 мм, внутренние размеры катодного кожуха составят:

длина L_кож == L_ш + 2 (200+ 60) = 6400 + 2 (200 + 60) == 6920 мм;

ширина L_кож = В_ш + 2 (200 + 60) == 3900 + 2 (200 + 60) == 4420 мм;

высота H_кож == H_ш + 400 + 30 + 5 ·65 + 50 == 550 + 400 + 30 + 5· 65 + 50 ==1355 мм.

Принимаем катодный кожух контрфорсного типа с днищем. Число контрфорсов зависит от длины кожуха. Расстояние между контрфорсами принимается равным или кратным расстоянию между катодными токоподводящими стержнями. В рассматриваемом случае число контрфорсов определяем равным 18—по 9 с каждой продольной стороны кожуха.

Практическое задание №13

Тема: сравнение технологических характеристик электролизеров для получения алюминия.

Электролизёры ОА, по сравнению с СОА, имеют следующие преимущества:

Падение напряжения в аноде меньше на 50-200 мВ, по сравнению с анодами БТ и ВТ, соответственно.

Меньше стоимость и габариты электролизёров.

Более высокая анодная плотность тока и съём металла с единицы площади анода и катода.

Расход анода составляет 430-475 кг на тонну алюминия (без огарков) против 515-560 кг на электролизёрах СОА.

Меньше объём отходящих газов и отсутствие в них смолистых соединений.

Выше качество металла.

Недостатки:

Более высокая стоимость обожжённых анодов, чем анодной массы.

Сложность переработки анодных огарков.

Необходимость значительных капитальных вложений в производство обожжённых анодов.

Практическое задание №14

Тема Расчет пневмотранспорта глинозема.

Пневматическое транспортирование груза по трубопроводам происходит под действием разности давлений воздуха в начале и в конце трубопровода, создаваемой нагнетательными или вакуумными насосами. Пневмотранспорт работает по принципу нагнетания воздуха, в то же время существуют и вакуумные установки. Существуют гибридные системы, в которых одновременно используются оба типа вакуумный и нагнетание, для создания разности давления.

Насыпные грузы, движущиеся в струе воздуха по трубопроводу, образуют аэросмесь, заполняющую сечение трубопровода. Так транспортируют главным образом порошковые, мелковолокнистые и зернистые грузы. Подобные устройства для транспортирования имеют производительность до 400 т/ч, дальность транспортирования до 2 км и позволяют поднимать груз на высоту до 100 м.

Общий принцип работы всех систем - разница давлений на входе и выходе.

В системах пневмотранспорта нагнетающий компрессор устанавливается в самом начале установки, а перепад давления по всей системе может достигать 0,3 МПа.

Как правило, главным транспортирующим элементом в системах пневмотранспорта является атмосферный воздух. Однако, для снижения взрывоопасности, так как в системе создается повышенное трение, могут применяться инертные газы, например, азот.

В некоторых случаях, система пневмотранспорта может использоваться не только для доставки или смешивания сыпучего продукта, но и для организации сложных химических, тепловых, ионообменных процессов.

Установка пневмотранспорта сыпучих материалов по минимуму состоит из следующих элементов:

1. Питатель, который обеспечивает ввод сыпучего материала в систему.

2. Трубопровод, по которому транспортируется смесь

3. Разгрузочные устройства, обеспеченные фильтром для воздуха

4. Всасывающий или нагнетающий компрессор

5. Приемник сыпучего материала

Узлы системы пневмотранспорта

Среди узлов системы пневмотранспорта выделяют следующие элементы:

· Секторные питатели

· Роторные питатели

· Шлюзовые затворы

· Шлюзовые дозаторы

· Распределители и переключатели потока

· Перекидные клапаны

· Воздушные клапаны

Практическое задание №15

Тема: Расчет параметров гидротранспорта и пневмотранспорта.

Перемещение насыпных грузов у гидротранспортных установок осуществляется в струе жидкости, чаще всего воды, по желобам или трубам.

Установки используют для перемещения грузов, не размокающих в воде, не налипающих на стенки трубопроводов и не слипающихся.

Смесь воды с грузом называют гидросмесью или пульпой. По способу перемещения пульпы гидротранспортные установки разделяются на установки с искусственным напором (рис. 1, а, б), у которых пульпа движется по трубопроводу под действием напора, создаваемого насосом, и гравитационные (самотечные) установки (рис. 1, в), у которых пульпа перемещается по открытому желобу или трубе за счет их наклона (не менее 5°) в сторону движения, или вниз по вертикальному трубопроводу. В последнем случае их называют иногда установками с естественным напором. Работа гравитационных транспортных установок происходит без затрат энергии на перемещение пульпы.

Рис. 1. Схемы гидротранспортных установок:

а - с пулыпонасосом и оборотной схемой водоснабжения; б- с водяным насосом и питателем, со сбором пульпы в резервуар; в - самотечная; / 1- пульпосборник; 2 - пульпо- насос; 3 - пульпопровод; 4 - насос для осветленной воды; 5 - водоотделительный грохот; 6 - резервуар для осветления воды; 7 - водяной насос; 8 - питатель; 9 - резервуар для воды; 10- резервуар для пульпы; 11- бункер для сыпучего груза;

По способу подачи груза в трубопровод различают напорные гидротранспортные установки с пульпонасосом (рис. 1, а), который засасывает из специального резервуара приготовленную пульпу и нагнетает ее в трубопровод, и установки с водяным насосом и питателем (рис. 1, б), у которых насос подает в трубопровод чистую воду, а насыпной груз загружается в трубопровод питателем и, смешиваясь с водой, образует гидросмесь непосредственно в трубопроводе.

Преимуществом первого способа является относительная простота загрузки материала в пульпопровод. Недостатком - высокий абразивный износ рабочей поверхности насоса частицами перемещаемого груза.

Достоинство второго способа - использование более простого по конструкции водяного насоса, не подвергающегося при этом способе загрузки абразивному износу. Недостаток- сложность конструкции устройства для загрузки материала - питателя.

У гравитационных гидротранспортных установок гидросмесь образуется непосредственно в желобе (рис. 1, в) или в смесительной воронке при подаче в струю воды насыпного груза.

По величине создаваемого напора гидротранспортные установки разделяются на низконапорные (до 710⁵ Па), средненапорные (от 710⁵ до 16-10⁵ Па) и высоконапорные (до 50-10'' Па).

Напорными гидротранспортными установками транспортируются грузы с крупностью кусков до 100 мм. Их производительность достигает 1600 м³/ч по пульпе, длина транспортирования по горизонтали - до 12 км. При последовательной установке нескольких насосов протяженность трассы может достигать сотен километров. Трасса транспортирования может быть любой и включать чередующиеся между собой горизонтальные, наклонные, вертикальные и криволинейные участки трубопроводов.

Практическое задание №16

Тема: Расчет мощности двигателя машины для пробивки корки электролита.

Машина для пробивки корки электролита (МПК-5у)

Машина для пробивки корки электролита (МПК-5у) предна­значена для разрушения элек­тролитной корки в алюминие­вых электролизерах с верхним токоподводом.

Тип машины: самоходная колесная.

Марка — МПК-5у

Длина, мм — 3050

Ширина, мм—1530

Высота, мм — 2180

База, мм — 1750

Колея, мм — 1400

Дорожный просвет, мм —   175

Масса не заправленной машины, кг— 3400

Расчетные скорости движения

(без учета буксования), м/с

транспортная —   0,97

 рабочая        —     0,3

Машина для пробивки корки электролита МПК-5У спроектирована на базе самоходного шасси Т-16М и представляет собой четырехко­лесную самоходную тележку, на которой установлен механический ударник (механизм пробивки корки), подвешенный на стреле, кото­рая жестко крепится к редуктору. Многозвенник, образованный реду­ктором, стрелой, механизмом пробивки корки, кронштейном стопора, рамой и механизмом отклонения пики обеспечивает требуемую тра­екторию перемещения механизма пробивки гидроцилиндром. Гидро­цилиндр закреплен на раме и обеспечивает подъем, опускание и фиксацию механизма пробивки в любом из его промежуточных поло­жений посредством гидросистемы машины.

Между гидропружинными амортизаторами установлен воздушный компенсатор, соединенный шлангом с полостью механизма пробивки корки.

Рис. 1. Общий вид рабочего органа и кинематическая схема:

1-механизм пробивки корки; 2-ременная передача; 3-стрела; 4-гидроци­линдр; 5-лафет; 6-нажимные ролики; 7-растяжка; 8-редуктор; 9-сто­пор; 10-ползун с пикой; 11-шатун; 12-кривошип; 13-корпус механизма; 14-маховик

Об­щий    вид     рабочего органа и его кинематическая показаны на рис. 1. На   раме машины смонтирован шарнирный многозвенник, образованный редуктором 8, стрелой 3, механизмом пробивки 1, кронштейном стопора 9, лафетом 5 и механизмом отклонения пики, который с помощью гидроцилиндра 4 обеспечивает требуемую траекторию перемещения механизма пробивки корки и фиксацию его в любом из промежуточных положений гидросистемы машины,

Полости гидроцилиндра с гидропружинными амор­тизаторами, установленными в машины, обеспечивают мягкую подвеску механизма пробивки. В результате этого снижается передача динамических нагрузок на машину и уменьшается вибрация. Меж­ду гидропружинными амортизаторами установлен воздушный компенса­тор, соединенный шлангом с полостью пробивки корки. Ниж­няя полость гидроцилиндра соединена через дроссель с обратным клапа­ном. Привод механизма пробивки корки включает редуктор, муфту и клиноременную передачу, шкивы которой насажены на выходной вал ре­дуктора. Фиксация механизма пробивки корки в крайнем верхнем поло­жении производится с помощью стопора, установленного на кронштейне. Стрела с головкой, в которой винт для натяжения ремней клиноременной передачи, служит для отклонения механизма пробивки корки и возвращения его в вертикальное положение во время работы машины с помощью пружин.

На консольных концах коленчатого вала установлены пальцевые полу­муфты, которые резиновыми упругими втулками, соединены с приводны­ми шкивами, служащими одновременно и маховиками. Подшипник ма­ховика изолирован от окружающей среды уплотнениями, что улучшает условия его работы. Нижняя головка шатуна при помощи пальца соедине­на с полым цилиндрическим ползуном. Эта головка имеет сферическую поверхность, поэтому шатун опирается на сферическую пяту, установлен­ную в ползуне. Благодаря такому соединению удары при работе воспри­нимаются сферической поверхностью шатуна, а ползун поднимается при помощи пальца. Ползун расположен в направляющей гильзе, которая за­прессована в нижней части корпуса механизма пробивки.

В нижней части ползуна имеется кожух, предназначенный для защи­ты механизма от брызг электролита и глиноземной пыли. Крепление ко­жуха к ползуну — герметическое на резьбе, а верхняя часть имеет уплотне­ние, которое, перемещаясь вверх и вниз вместе с кожухом вдоль нижней направляющей части корпуса, герметизирует внутреннюю полость меха­низма пробивки корки.

Практическое задание №17

Тема: расчет механизмов передвижения мостовых кранов

Механизмы передвижения мостового крана

В современных подъемных машинах в основном применяется электрический привод, обладающий рядом существующих преимуществ:

1. Высокой экономичностью;

2. Быстродействием;

3. Возможностью индивидуализации привода каждого механизма ГПМ;

4. Простотой устройства и удобством реверсирования;

5. Возможностью регулирования в широких пределах скоростных параметров;

6. Высокими пусковыми моментами и возможностью значительных перегрузок.

Основные структурные схемы приводов механизмов передвижения можно представить в виде следующих комбинаций:

1. Механизм передвижения с центральным приводом и тихоходным трансмиссионным валом (рисунок 1).

2. Механизм передвижения с центральным приводом и быстроходным трансмиссионным валом (рисунок 2).

3. Механизм передвижения с раздельным приводом (рисунок 3).

Рисунок.1 - Механизм передвижения с центральным приводом и тихоходным трансмиссионным валом.

Рисунок.2 - Механизм передвижения с центральным приводом и быстроходным трансмиссионным валом.

Рисунок.3 - Механизм передвижения с раздельным приводом

Преимущество первой схемы заключается в том, что движение ходовых колес обеспечивается от одного электродвигателя через один редуктор, т.е. сокращается номенклатура приводных элементов. В то же время, т.к. трансмиссионный вал имеет ту же частоту вращения, что и ходовые колеса, этот вал, муфты и опоры имеют большие габариты, чем в других схемах. Во втором случае трансмиссионный вал имеет ту же частоту вращения, что и двигатель. Размеры муфт, подшипников и трансмиссионного вала существенно уменьшаются, но возникает потребность в двух редукторах, устанавливаемых вблизи ходовых колес. Механизм привода получается более легким, но металлоконструкции фермы моста должны обладать более высокой жесткостью вследствие повышения требований к точности изготовления и монтажа элементов привода. В третьем случае каждая концевая балка моста приводится в движение своим приводом, что требует применения двух двигателей, двух редукторов и двух тормозов. Однако при большой величине мостовых пролетов такая конструкция оказывается более экономичной и простой в изготовлении.

Примерной ориентировкой для применения раздельного привода может служить ширина пролета свыше 16 метров и отношение пролета крана   к его базе   не более 6. При отношении   необходимо существенное увеличение жесткости фермы моста в горизонтальной плоскости с целью компенсации упругой деформации его, возникающей вследствие забегания одной концевой балки относительно другой при расположении крановой тележки вблизи первой.

При выборе раздельного привода можно условно принять равномерное распределение нагрузки между приводами каждого из ходовых колес, т.е.   

Практическое задание №18

Тема: Составление сравнительной характеристики способов обжига электролизеров.

Сравнительная характеристика методов обжига

В настоящее время только 3 метода обжига представляют общий практический интерес и распространены в алюминиевой промышленности: обжиг на коксе, на расплавленном металле и пламенный обжиг. Причины, по которым одному из методов отдается предпочтение, являются традиции, убеждения, а также исследования.

Метод использования коксовой постели с шунтом, надлежащим образом выполненный, вероятно, является преимущественным для обжига ванн с обожженными анодами и (в некоторой степени) также для ванн Содерберга. Главным основанием для этой популярности метода является легкий контроль при использовании шунтов. Кроме того, электрическая энергия уже имеется в распоряжении и относительно дешева в корпусах в качестве источника тепловой энергии. Применение этого метода требует, однако, тщательной подготовки, за которой должна следовать не менее тщательно выполненная процедура обжига. Проблема метода заключается в том, что контроль за распределением тока часто недостаточен и, следовательно, происходит неравномерное распределением температуры по катоду. Иногда появляются трещины в подине или в экстремальных случаях даже происходит расплавление блюмсов и их отгорание.

Равномерное распределение температуры и контролируемая скорость нагрева, которые достижимы при правильно выполненном пламенном обжиге, являются главными преимуществами данного метода. Поскольку электроэнергию не применяют, то не существует проблемы распределения тока. Так как при этом методе используются большие количества газа или горючие жидкости вблизи работающих ванн, внимание должно быть уделено проблемам безопасности. Возможно разрушение поверхности, связанное с выгоранием на воздухе, но оно может быть почти подавлено за счет тщательного контроля соотношения воздух-топливо в горелках или за счет использования стальных пластин и слоя криолита как защиты катодных подовых блоков и периферийных швов. По сравнению с обжигом на коксе пуск часто кажется более трудным для контроля после добавления электролита, и в этом случае часто имеет место более продолжительный анодный эффект.

Метод обжига на расплавленном металле может показаться более ровным и удобным средством нагрева ванны, поскольку он может быть выполнен с минимумом газовыделения, при этом не окисляется поверхность катода и имеет место равномерная начальная температура по поверхности катода. Однако этот метод не так популярен, как два вышеупомянутых. Одним из очевидных недостатков является то, что ни поверхность катода, ни периферийные швы не могут быть проверены после завершения обжига. Другой недостаток – малая вязкость расплавленного металла, что делает возможным внедрение его в тонкие трещины и в полости материалов подины перед тем как он затвердеет. Большие количества внедренного металла могут изменить тепловой баланс ванны и увеличить химическое разрушение некоторых материалов подины. Термоудар при заливке горячего металла может быть разрушителен для блоков низкого качества.

В табл. 1 показаны некоторые преимущества и недостатки наиболее распространенных методов обжига.

Таблица 1

Сравнительные характеристики некоторых методов обжига.

Практическое задание №19

Тема: определение оптимального режима пуска электролизеров.

Пуск ванны на электролиз

На этом этапе предусматривается вывод ванн в режим электролиза. Пуск ванн включает операции наплавления электролита и металла, формирования междуполюсного пространства анод-катод и начало технологического процесса производства электролитического алюминия.

В качестве подготовки к пуску к электролизерам доставляют пусковое сырье и необходимый технологический инструмент. Загрузка сырья производится в следующей последовательности: на подину вокруг анодного массива ровным слоем засыпают фтористый кальций, поверх него загружают фтористый натрий. Далее засыпают свежий криолит и кусковой оборотный электролит, либо смесь свежего криолита и фтористого натрия с расчетным криолитовым отношением 2,5-3,0. Допускается добавка до 10% оксида магния. Возможна частичная замена свежего криолита смесью флотационного и регенерированного.

После загрузки пусковых материалов напротив леток устанавливают желоба для заливки в ванну жидкого пускового материала (электролита). Лётки устанавливаются с таким расчётом, чтобы стекающая с них струя попадала под анод, не задевая периферийных швов, т.к. степень термообработки их к концу обжига все ещё ниже, чем в центре подины. При прямом попадании струи расплава возможно механическое разрушение периферийных швов. Электролит для пуска подготавливают на так называемых ванна-матках.

К ваннам-маткам действующих электролизных корпусов ОАО «РУСАЛ Саяногорск» предъявляются следующие требования:

Срок службы не менее 1 года.

Отсутствие разрушений подины и протеков расплава в цоколь.

Отсутствие разрушений бортовой футеровки.

Сортность катодного металла не ниже марки А7.

Первый ковш (4 т) электролита должен быть залит в электролизёр не позднее 30 минут с момента завершения обжига 2-й (4 т) и 3-й (4 т) ковши с интервалом не более 10 минут.

Подъём тока после подключения ванны в серию проводят в две ступени:

1-я ступень - 175-190 кА;

2-я ступень – до 320 кА – через 3-4 минуты после второй.

После поднятия силы тока до 320 кА заливают электролит в количестве 4 т, дальше действуют исходя из напряжения электролизера. Пусковой анодный эффект поддерживают до проплавления пускового сырья, но не более 1 часа. После чего его гасят введением гасильных шестов. Напряжение на ванне устанавливают 7-8В.

Практическое задание №20

Тема: определение параметров работы электролизеров в послепусковой период.

Пусковой и послепусковой периоды.

В пусковой период основными задачами являются стабилизация технологического режима, формирование укрытия анодного массива, создание НЗП (незавершенное производство) жидкого алюминия, подготовка электролита для пуска последующих электролизеров. Продолжительность пускового периода, определяется  первыми 5 сутками, после пуска, когда производится интенсивное снижение рабочего напряжения, уровня электролита, создается НЗП жидкого алюминия, выполняется  учащенная очистка электролита от угольной пены. Первая заливка металла выполняется на 32-35часу после пуска в количестве 8т, вторая в количестве 4т на 48-51 часу. Заливаемый металл должен иметь сортность не ниже А7.

В послепусковой период происходит формирование защитной настыли и гарнисажа, вывод технологических параметров на целевые значения периода нормальной эксплуатации. Продолжительность послепускового периода определятся временем интенсивного протекания процессов поглощения натрия угольной футеровкой, формированием настыли и гарнисажа, пропиткой футеровки компонентами электролита и выводом всех технологических параметров на целевые значения. В конструкции электролизеров РА-300 применяются подовые блоки с 30 % графита, которые поглощают значительное количество натрия в связи, с чем продолжительность послепускового периода определяется 3 месяцами с момента завершения пускового периода.

Общее время выхода электролизера на нормальный технологический режим составляет 95 суток.

Контролируемые параметры и проводимые измерения в пусковой и послепусковой периоды отображены в таблицах 1. и 2.

    Таблица 1.

Основные контролируемые параметры в пусковой и послепусковой период на электролизере РА-300

Таблица 2.

Специальные измерения в пусковой и послепусковой период на электролизере РА-300

Уровень металла. Для создания НЗП жидкого алюминия производят 2 заливки металла (суммарный объем 12т), после второй заливки переводят АПГ в режим работы по концентрации, а первую выливку производят на 6 сутки после пусков. Основными задачами в пусковой период являются выход на целевой уровень металла с 8-х суток - 22 см, а также ежедневно производится отбор проб, до выхода на сорт А7.

Уровень электролита. Сразу после пуска уровень электролита  составляет 43 см, затем резко снижается  во время первой заливки металла (на 32-35 часу) и второй заливки (на 48-51 часу), к 5 суткам после пуска выходит на уровень 22±2см и далее снижается по графику.

Криолитовое отношение. Сразу после пуска КО искусственно повышается за счет добавки соды, с целью компенсации потерь Na на пропитку футеровки, затем снижается до рабочего показателя согласно, графика.

Температура электролита. Снижение  температуры электролита является одной из основных задач пускового периода, т.к. долгая работа на повышенной температуре может привести к технологическим нарушениям. Температура электролита непосредственно зависит от рабочего напряжения, которое снижается согласно, графика.

Практическое задание №21

Тема: определение показателей оптимальной работы электролизера

Замеры технологических параметров катодного узла производятся для эффективного управления процессом электролиза – тепловым балансом электролизера, химическим составом расплава, выливкой металла и т.д., а также для своевременного выявления и устранения технологических нарушений.

Замеры технологических параметров катодного узла включают в себя:

Замер температуры электролита

Замер расстояния колокол-электролит

Замер высоты настыли

Отбор проб электролита

Отбор проб металла

Замер уровней электролита и металла

Замер формы рабочего пространства

Замер падения напряжения в подине электролизера

Периодичность замеров и отбора проб

Замеры температуры электролита, расстояния колокол электролит, высоты настыли, уровня металла и электролита производятся ежедневно в объеме 100%. Замер ФРП в 6 точках один раз в месяц на всех электролизерах, согласно графика. Отбор проб металла и электролита производится два раза в неделю со всех электролизеров, согласно графика.

Время начало замеров на серии корпусов 07:00, время окончания 11:00 Замеры технологических параметров производятся электролизниками и мастерами катодного хозяйства серии корпусов электролиза.

Электролизники малых бригад на замерах несут вспомогательную функцию – выполняют подготовку леток и герметизацию электролизеров после замеров.

Особая роль на замерах у мастера катодного хозяйства и генерального бригадира, они в паре производят замер уровня металла и электролита, принимая при этом решение о корректировке уровня электролита и составлении задания на выливку металла.

Подготовка к замерам так же, как и сами технологические замеры и отбор проб расписаны по ролям, каждая роль принадлежит определенному человеку.

В целях уменьшения времени разгерметизации все замеры технологических параметров катодного узла производятся одновременно на 3-4 электролизерах группой из 4 электролизников и генерального бригадира, одновременно с этим готовится пятая летка. На первом электролизере первый электролизник производит замер температуры электролита, высоты настыли и расстояния колокол-электролит, затем этот электролизник переходит на следующий электролизер, а на первом производится отбор проб электролита вторым электролизником и отбор проб металла третьим электролизником. Следующим шагом идет перемещение первого электролизника на третий электролизер, второго и третьего электролизника на второй электролизер, а на первом электролизере мастер катодного хозяйства совместно с генеральным бригадиром производят замер уровня металла и электролита.

Замер температуры электролита производится термопарой, для этого необходимо опустить рабочий конец термопары на глубину 5-7 см в расплав, набрать на ИТЭЛе (измеритель температуры электролита) номер замеряемого электролизера, после окончания набора температуры (более 900 градусов) зафиксировать показание прибора. Данные с прибора записываются на анодном кожухе электролизера, по окончании замеров данные по температуре электролита автоматически считываются с ИТЭЛа в базу данных

Замер высоты настыли производится с помощью шупа и линейки.

Шуп погружается в расплав до соприкосновения с настылью, через 3-5 секунд шуп вытаскивается из расплава и линейкой замеряется высота намерзшего электролита. Электролизник фиксирует полученные данные (Р*) в бланк и заносит в АРМ. Высота настыли рассчитывается по формуле:

В=Р-Р*, где

Р-высота расплава - (измеряется в соответствии с КПВО (карта пошагового выполнения операции) «Измерение уровня металла и электролита (действия электролизника с линейкой)»;

Р.* - высота расплава над настылью.

Отбор проб металла производится одним электролизником участка замеров при помощи специальной ложки и изложницы . Пробы на металл по потоку отбираются по графику два раза в неделю. Пробы по потоку отбираются в изложницу диаметром 40 мм. Остывшую пробу помещают в транспортировочный лоток имеющим пронумерованные ячейки. Все пробы маркируются, маркировка состоит из четырех цифр - № корпуса и № электролизера. Отбор проб электролита производится одним электролизником участка замеров при помощи специального пробоотборника. Пробы на КО по потоку отбираются по графику два раза в неделю. В пробе должны отсутствовать включения пены, глинозема, металла. Если данные условия не выполнены – повторно отобрать пробу.

После окончания отбора проб электролита по потоку ящик с пробами необходимо унести к месту транспортировки в ЦЗЛ.

В процессе работы электролизера, во внутренней части катода образуется искусственная настыль, которая необходима для поддержания определенного теплового баланса электролизера. В ходе изменения температурных условий окружающей среды, химического состава электролита а также воздействия нестабильного хода электролизера объем и длина настыли может изменятся тем самым нарушая тепловой баланс электролизера изменяя токопроводимость подины. Так же, при неполном растворении глинозема (перепитка ванны), на подине электролизера может образовываться жидкий осадок переходящий в дальнейшем в твердые коржы, которые так же ухудшают проводимость. Как изменение объема настыли так и образование осадка и коржей пагубно влияют на процесс электролиза, поэтому необходимо постоянно контролировать состояние формы рабочего пространства электролизера.

Оценка ФРП (формы рабочего пространства) электролизера характеризуется такими параметрами, как длина настыли и состояние подины.

Работу выполняют два человека. Один производит оценку с помощью лома. Второй – выполняет измерение длины настыли (коржа) с применением линейки.

Замер падения напряжения в подине необходим для правильного подбора параметров электролизера (рабочего напряжения, уровня металла, хим. состава электролита и т.д.). Также с помощью этого замера можно увидеть картину токораспределения по блюмсам и выявить возможное место разрушения подины (место захода металла в цоколь).

Измерение падения напряжения в подине производится по заявке мастеров катодного хозяйства серий корпусов. Работы выполняются двумя электролизниками УЗ ДЭ (участок замеров дирекции электролиза).

Замер падения напряжение в подине производится с помощью лома, щупа, соединительных проводов и милливольтметра.

Практическое задание №22

Тема: составление карт пошагового выполнения операций по обслуживанию электролизеров.

1. переход к 1 выливаемому электролизеру.

2 переход к следующему электролизеру.

3 переход к месту хранения инструментов по окончании выливки металла.

1

Место хранения инструмента

Карта оценки риска электролизников расплавленных солей для подготовки лёток при выливке металла.

Практическое задание №23

Тема: определение причин, признаков и способов ликвидации технологических нарушений в работе ванн.

Виды технологических нарушений, признаки, устранение»

В процессе эксплуатации в электролизерах возникают различные нарушения технологического режима, которые можно разделить на:

Нарушения, связанные с изменением теплового режима

Нарушения, вызванные изменением состава электролита

Нарушения в катодном узле

Приведенное разделение достаточно условно, поскольку многие виды нарушений взаимосвязаны, то есть одно нарушение может порождать другое, и не всегда удается установить первопричину возникновения того или иного технологического нарушения

Виды технологических нарушений

«Горячий ход» электролизера

«Холодный ход» электролизера

Науглероживание электролита

Трудноустранимый анодный эффект

Карбидообразование

Работа электролизера «в борт»

Прорыв расплава через разрушение бортовой футеровки

Прорыв расплава через угольную футеровку подины

Разрушение подины на электролизере

Внешние признаки

Желтые вялые огни

Мягкая проваливающаяся корка

Слабое бурление электролита (электролит плывет из под анода)

Цвет электролита светло-оранжевый

Высокая температура электролита (>975°C)

Низкое напряжение анодных эффектов (<20B) или отсутствие

Нечеткое разделение границы металл-электролит (на изломе черный)

Уменьшение или полное оплавление гарнисажей и настыли

Неустойчивое напряжение (уровень шума >200мВ, волнение металла)

Слабая с желтым пламенем работа горелочных устройств

Причины возникновения «горячего хода»

Возникает в результате неконтролируемого увеличения прихода тепла из-за завышенного МПР, в результате неисправности приборов и оборудования управления перемещением анода, при завышении целевого напряжения, что приводит к повышению греющего напряжения и температуры расплава.

Также может возникнуть в результате интенсивного протекания обратной реакции окисления алюминия, во время которой выделяется большое количество тепла. К обратному окислению металла может приводить повышенная циркуляция расплава в результате замыкания части анода на металл через неровности на подошве, находящихся в МПР пены и кусков анода, подмыкание на осадок или корж, при наличии перекоса анода относительно зеркала металла, заниженного МПРю

Принятие мер по устранению

Дать заявку на проверку цепи измерения напряжения на электролизере

Выполняется персоналом сервисных служб

При обнаружении несоответствия немедленно устраняется

Отключить электролизер от автоматического регулирования

Измерить перекос анода, при наличии устранить (обеспечить, чтобы подошва анода находилась в одной плоскости)

Установить анод в положение, обеспечивающее устойчивое напряжение

Прекратить подачу глинозема

Поднять анод до устойчивого напряжения (показания вольтметра)

При устойчивом напряжении >5В опустить до первых признаков неустойчивости, не менее 4,8В, опускать по 15-20мВ за один прием с перерывом

Выполнить технологическую обработку электролизера

Подошва анода должна быть ровной и не замыкать на осадок и коржи

Привести технологические параметры в норму

Уровень электролита в пределы требований ТР

Снизить рабочее напряжение до заданного (контроль уровень «шума»)

Герметизировать электролизер с минимальной загрузкой оборотным электролитом

Подключить электролизер к автоматическому регулированию МПР

При условии отсутствия «волнения» металла, уровень «шума» не >50мВ

«Холодный ход»

Внешние признаки

Пониженная температура электролита (менее 945°С)

Твердая электролитная корка

Цвет электролита темно-вишневый

Резкое снижение уровня электролита (несмотря на добавление вторичного криолита) и рост уровня металла

Повышенная частота анодных эффектов и увеличение глубины (свыше 50В)

Нарушение режима питания электролизеров глиноземом, оборудованных системой АПГ – образование «кротов»

Причины возникновения «холодного хода»

«Холодный ход» возникает при смещении теплового равновесия (теплового баланса) электролизера в сторону уменьшения прихода тепла или увеличение его расхода

Если данное нарушение обнаружено на ранней стадии, то его легко ликвидировать путем увеличения МПР и заливки горячего электролита, наплавлением электролита путем переплавки смешанного криолита. При длительном «холодном ходе» электролизера ухудшается растворимость глинозема, что приводит к увеличению объема настыли, образованию осадка, коржей на подине.

Особенно опасно выравнивание плотностей металла 2,3 и электролита 2,1 (происходит всплытие металла, что может сопровождаться выбросом его из электролизера). В результате этого выравнивания, металл подмыкает на подошву анода, нарушается токораспределение, усиливается циркуляция расплава, напряжение на электролизере колеблется (волнение металла)

Предпосылкой для выравнивания плотностей металла и электролита является:

Низкое КО

Высокое содержание фторида кальция

Низкая температура электролита

Принятие мер по устранению

Отключить электролизер от автоматического регулирования

Отменить проведение регламентных операций на электролизере

Прекратить подачу ALF3

Поточно-регламентированную обработку электролизера глиноземом, на время проведения работ по устранению технологического нарушения

Отключить от системы АПГ

Выполнить технологическую операции на электролизере

Увеличить заданное напряжение (увеличение МПР)

Утеплить смешанным криолитом

По необходимости слить уровень металла (если> целевого)

Залить горячий электролит если его уровень менее 14см

Освободить подколокольное пространство

Привести технологические параметры в норму

Уровень электролита в пределы требований ТР

Контроль рабочего напряжения (контроль уровень «шума»)

Обрабатывать электролизер с минимальной загрузкой

Подключить электролизер к автоматическому регулированию МПР

При условии отсутствия «волнения» металла, уровень «шума» не >50мВ

Практическое задание №24

Тема Определение физико-химических процессов в основных зонах самообжигающегося анода.

1- анодная ошиновка; 2 – анодные замки; 3 – сталеалюминиевые составные штыри; 4 – анодная масса; 5 – анодный кожух; 6 – обожженная часть анода; 7 – вторичный анод; 8 – расплавленная анодная масса

Практическое задание №25

Тема: составление схемы эксплуатации и ремонта вакуум -ковшей.

В настоящее время единственным способом извлечения жидкого алюминия из ванны является вакуумная выливка.

Вакуум-разливочный ковш емкостью 5 тон предназначен для выливки алюминия из электролизеров в корпусах электролиза, оборудованных мостовым краном грузоподъемностью не менее 10 тон, после снятия крышки вакуум ковш применяется для транспортировки алюминия из корпусов электролиза в литейное отделение.

Применяемый для этой цели вакуум-ковш представляет собой герметичный сосуд в форме усеченного конуса, футерованный из нутрии огнеупорным материалом. На грузовой траверсе ковша крепится механизм его поворота. Заборная труба соединена с ковшом шаровой опорой, которая предотвращает до некоторой степени поломку носков при ударах. Разрежение в ковше создается вакуум-линией, с которой ковш соединяют рукавом. На некоторых заводах на вакуум-ковшах устанавливают инжекторно-вихревые насосы, работающие от сети сжатого воздуха. На зарубежных заводах используют вакуум-ковши, транспортируемые тракторами или погрузчиками что, облегчает работу мостовых кранов.

Футеровка ковша производится теплоизоляционным и огнеупорным покрытием. Теплоизоляционное покрытие выполняется из картона асбестового ГОСТ 2850-80 толщиной 8 мм в два слоя. Огнеупорное покрытие выполняется из кирпича ШБ-П № 5

(220х114-65) ГОСТ 8691-75. Для склейки внутренней поверхности ковша картоном асбестовым, футеровки кирпичом и заделки швов, применять раствор следующего состава: огнеупорная глина 25-30%, порошок шамотный 70-75%, вода (на 1м3 сухой смеси) 600л. Толщина швов кладки 1-2 мм. Швы тщательно заделать и поверхность кладки зачистить. После окончания кладки ковш разогреть до температуры 300-400оС в течение 3-4- часов для удаления влаги.

Редуктор ковша

Траверса ковша

Перед вводом ковша в эксплуатацию производится его расконсервация, осмотр, проверка комплектности. До пуска в работу ковшу присваивается регистрационный номер, под которым ковш заносится в журнал учета и осмотра ковшей. В паспорте ковша заполняется страница регистрации и назначается лицо, ответственное за исправное состояние и безопасную эксплуатацию ковша, результаты обследования, ремонт.

Практическое задание №26

Тема: Составление схемы эксплуатации и ремонта обрабатывающей техники. 

Напольно-рельсовая машина типа МНР

1 - портал, 2 - механизм передвижения, 3 - механизм продавливания корки, 4 - бункер для глинозема со шнеком, 5,6 - бункер с лотковыми питателями, 7 - кабина, 8 - гидро­система, 9 - электрооборудование, 10 - буферное устройство.

Напольно-рельсовая машина (МНР) предназначена для обслу­живания электролизеров с верхним токоподводом типа С-8Б и С-8БМ, установленных на алюминиевых заводах в двухэтажных корпусах электролиза, оборудованных рельсовыми путями.

Применение машины позволяет повысить технике - экономичес­кие показатели, улучшает условия и безопасность труда за счет уменьшения времени пребывания рабочих в зоне с вредными ус­ловиями труда, сокращает численность операторов для обслуживания алюминиевых электролизеров.

Технические данные

Количество электролизеров, обслуживаемых номинальное     -    22-23

максимальное -  44-46

Количество персонала, занятого управле­нием одной машиной, чел.-1

Количество бункеров, шт.                                                                      -2

Масса глинозема в бункере, т                                                               5-7

Эксплуатация машины возможна в корпусах электролиза, где име­ется механизированная загрузка глинозема в бункера машины, си­ловые троллеи и рельсы.

Перемещаясь вдоль ряда электролизеров, машина выполняет следующие операции:

— транспортные и рабочие переезды;

— стыковку с цеховыми загрузочными устройствами, подающими глинозем в машину;

— разрушение корки электролита;

— загрузку глинозема в электролизеры.

На одном ряду электролизеров монтируются две машины, каждая из которых может обрабатывать все электролизеры ряда. Возможна также обработка одного ряда электролизеров двумя машинами.

Обработка обоих сторон электролизера производится поочередно.

Загрузка глинозема в машину осуществляется из цеховых уст­ройств при помощи стыковочного устройства.

Разрушение корки электролита осуществляется фрезой механизма продавливания.

Загрузка глинозема в электролизеры производится питателем гли­нозема вслед за разрушением корки.

Разрушение корки электролита и загрузка глинозема может осу­ществляться как одновременно, так и раздельно.

При загрузке глинозема и продавливании корки управление ма­шиной из правой или левой кабины поочередно.

При стыковке машины с цеховыми загрузочными устройствами управление машиной осуществляется при помощи выносного пульта, установленного со стороны троллей.

Напольно-рельсовая машина типа МНР предназначена для разрушения корки электролита, загрузки глинозема и анодной массы. Ма­шина состоит из отдельных разборных транспортабельных узлов и в со­бранном виде представляет собой пространственную раму портального типа, состоящую из четырех опор, соединенных попарно с двумя ходовыми балками понизу и тремя плоскими горизонтальными рамами поверху таким образом, что опоры и балки средней рамы образуют два портала. Опоры соединены поверху попарно двумя фермами. Для крепления ра­бочего органа установлены дополнительные опоры с каждой стороны меж­ду основными опорами. На каждой ходовой балке установлена кабина, а на трех плоских горизонтальных рамах — три бункера для анодной массы 5 и 6 и два буккера для глинозема 4. Машина перемещается по рельсо­вым направляющим с помощью механизмов передвижения 2 кранового типа. В качестве рабочих органов 3 применены приводные фрезы.

На машине установлены две кабины 7, оснащенные одинаково. Маши­нист управляет машиной из одной кабины, при этом управление из дру­гой машины блокируется.

Рис.   1.  Кинематическая схема механизма продавливания корки

Механизм продавливания корки (рис. 1) представляет собой двух­дисковую фрезу, а для обожженных анодов применяют механизм удар­ного действия кривошипно-шатунного типа, но с электроприводом. Свар­ная рама 1механизма пробивки шарнирно подвешена к опорам 2 метал­локонструкции машины и опирается на ходовую балку 3 через отклоняющий цилиндр 4. В раме 1 по направляющим цилиндрам 5 перемещается рабочий орган 6, снабженный фрезой 7.

На раме рабочего органа смонтирован мотор-редуктор 8, выходной вал которого через коническую пару шестерен 9 и 10, вал 11, опирающийся на подшипники 12 и оканчивающийся квадрат­ным хвостовиком, приводит в движение фрезу 7. Откло­няющим цилиндром 4 уста­навливается положение дис­ка по ширине корки, а ци­линдром подъема и опускания — положение диска по высоте.

Винтовой питатель глинозема (рис. 2) имеет шнек 1, установленный на подшипниках 2. Привод шнека состоит из электродвигателя 3, клиноременной передачи 4, редуктора 5 и кулачковой муфты 6. Кулачковая муф­та 6 включается рычагом 7 при помощи вилки 8. Движение рычагу пере­дается через тягу 9 от гидроцилиндра 10, с помощью которого при помо­щи тяги // открывается и закрывается течка 12 вокруг шарнира 13.

Рис. 2. Кинематическая схема установки питателя

Электродвигатель питателя во время холостого цикла включен, ку­лачковая муфта отключена, течка закрыта. Когда течка находит на корку электролита, гидроцилиндр совершает рабочий код, открывая течку, включает кулачковую муфту и шнек. При реверсе гидроцилиндра муфта отключается, а течка закрывается.

Устройство для загрузки глинозема в машину выполнено в виде монжусной системы или аэрожелоба. Для загрузки машину останавливают у места стыковки с цеховым монжусом, с помощью специального устрой­ства проводят стыковку, включают цеховую монжусную систему и глино­зем поступает в оба бункера, аэрожелобная система загрузки состоит из известных узлов, а разводку и стыковку их выполняют применительно к конкретным условиям. Буферные устройства представляют собой рычажную систему из трубчатых рамок. Наружная рама при наезде на препятствие перемещается вдоль оси машины, в результате чего срабатывает конечный выключатель, отключающий механизм передвижения и затормаживающий машину. Машина перемещается по рельсовым направляющим вдоль ряда электролизеров, загружая глинозем и пробивая корку электролита. В нормальном режиме рабочая скорость машины составляет 10 м/мин, при этой скорости машина обслуживает 20—25 электролизеров без заправки сырьем. В настоящее время машина МНР автоматизируется на програм­мное управление в модификации МНР-А.

Практическое задание №27

Тема: Составление схемы эксплуатации и ремонта подъемно-транспортного оборудования.

За исправное состояние машины отвечает специально назна­ченный работник (обычно механик), который обязан обеспечить нормальную эксплуатацию, обслуживание и ремонт машины, а также ведение и хранение необходимой технической докумен­тации на машины (паспортов и журналов учета). Кроме того, в каждой смене назначается ответственный за безопасное про­ведение работ — начальник смены, участка, мастер и т. д.

Все ответственные лица каждые три года проходят проверку знаний Правил в комиссии под председательством инспектора Госгортехнадзора.

Для управления и обслуживания грузоподъемных машин приказом по предприятию назначаются специально обученные и аттестованные крановщики, слесари и электромонтеры, а для подвешивания груза на крюк — стропальщики. Все рабочие ука­занных специальностей ежегодно проходят проверку знаний в ко­миссии предприятия.

До пуска в работу грузоподъемные машины должны пройти регистрацию. Краны с ручным приводом, а также краны грузо­подъемностью до 10 т, управляемые с пола, электротали и грузо­захватные органы и приспособления регистрируются только на эксплуатирующих их предприятиях; остальные краны регистри­руются в местных органах Госгортехнадзора. Регистрация про­изводится на основании паспорта грузоподъемной машины и при наличии всех указанных выше ответственных лиц и обслуживаю­щего персонала.

Паспорт составляется на заводе-изготовителе и передается вместе с машиной. В паспорте указывается завод-изготовитель, № машины, подробная техническая характеристика машины и ее основных частей, в том числе приборов безопасности, канатов, грузозахватных приспособлений, указания по монтажу и уста­новке машины, сведения об испытании машины на заводе-изго­товителе. К паспорту прилагаются чертежи общего вида машины, кинематическая и принципиальная электрическая схемы. На предприятии, эксплуатирующем машину, в паспорт заносятся сведения о регистрации, о лицах, ответственных за содержание крана в исправном состоянии, о ремонте и замене механизмов, канатов, грузозахватных органов, а также результаты периоди­ческих освидетельствований.

Грузоподъемные машины и съемные грузозахватные приспо­собления записываются в журнал учета. Все грузоподъемные машины до пуска в работу и через каждые 3 года подвергаются полному техническому освидетельствованию, а ежегодно — ча­стичному. После монтажа на новом месте установки машины, капитального ремонта механизма подъема, реконструкции ма­шины, замене крюка и т. п. случаев производится внеочередное полное техническое освидетельствование.

При полном освидетельствовании производится осмотр, стати­ческое и динамическое испытания, при частичном — только осмотр.

При осмотре проверяется состояние всех механизмов и частей машины — металлоконструкции, включая сварные соединения, механизмы подъема, передвижения, поворота, тормозов, электро­оборудования, приборов безопасности, управления, сигнализации и освещения, канатов, крюков, подвески, кабины, огражде­ния, лестниц, а также подкрановых путей.

Статическое испытание осуществляется нагрузкой на 25% больше номинальной. Груз поднимайся на 200 — 300 мм над полом и выдерживается в течение 10 мин. После опу­скания груза проверяется отсутствие остаточных деформаций металлоконструкции машины.

Динамическое испытание нагрузкой на 10% больше номинальной заключается в периодическом подъеме и опускании груза с целью проверки работы механизмов и тормозов.

При техническом освидетельствовании съемные грузозахват­ные приспособления испытываются нагрузкой на 25% больше номинальной. Кроме того, они должны регулярно подвергаться осмотру — траверсы не реже, чем через 6 месяцев, клещи и дру­гие захваты, а также тара — ежемесячно, стропы — каждые 10 дней. Запись о результатах технических освидетельствований машин делается в их паспортах вместе с записью срока следующего освидетельствования, грузозахватных приспособлений — в жур­нале учета.

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/442580-metodicheskoe-posobie