способ пуска алюминиевого электролизера

Формула изобретения

1. Способ пуска алюминиевого электролизера, включающий обжиг подины, заливку жидкого электролита и электрическое подключение электролизера, отличающийся тем, что при обжиге подины ее поверхность разогревают до не менее 850^oС, заливку электролита производят в два этапа, при этом на первом этапе 40-55% от объема электролита, необходимого для заполнения ванны до технологического уровня, заливают со скоростью 0,38-0,46 т/мин, а на втором этапе 45-60% от объема электролита заливают со скоростью не менее 0,1 т/мин.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что после подключения электролизера осуществляют снижение напряжения на электролизере до рабочего по графику, В:

День пуска - 7,0+0,7

1-е сутки - 6,2+0,4

2-е сутки - 5,8+0,3

3-и сутки - 5,4+0,3

4-е сутки - 5,1+0,2

5-е сутки - 4,85+0,2

6-е сутки - 4,7+0,1

7-е сутки - 4,6+0,1

8-е сутки - 4,5+0,1

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электролитическому производству алюминия и может быть использовано при пуске алюминиевого электролизера после капитального ремонта.

Срок службы электролизера, высокая сортность получаемого металла и работа без технологических нарушений во многом зависят от пускового периода.

Одним из основных критериев пуска электролизера является сокращение времени от момента окончания обжига до подключения электролизера к току серии и выходу на технологический режим.

Поэтому важное значение имеет решение следующих технических задач:

а) максимальное сохранение тепла подины после обжига, полученного ею при обжиге, с целью предотвращения термического удара при заливке в электролизер жидкого пускового сырья;

б) более "мягкий" электрический пуск электролизера без электрического удара по катодному устройству, приводящего к нарушению его целостности.

Эти задачи решаются использованием различных технологий.

Известен способ подготовки к пуску на электролиз алюминиевого электролизера, включающий постепенный разогрев подины катода теплом от сжигания распыленного в рабочем пространстве электролизера топлива, заливку в шахту футерованной ванны электролита и дальнейший прогрев катода за счет сжигания топлива над поверхностью электролита, в котором вначале подину разогревают теплом от сжигания топлива до температуры не ниже 750^oС, затем заливают перегретый до 970-1010^oС электролит и продолжают нагрев катода и футеровки до эксплуатационных температур (а.с. СССР 659645, С 25 С 3/06, 1979 [1]).

Недостатки известного решения: первоначальный обжиг подины производится до недостаточно высокой температуры, что может привести к термическому удару и, как следствие, к нарушению целостности подины, технологическим нарушениям в процессе эксплуатации, снижению сортности нарабатываемого металла, снижению срока службы электролизера. Кроме того, нагрев катодного устройства на второй стадии сжиганием топлива над открытой поверхностью электролита не только неэффективен, но и влечет значительные безвозвратные потери фтористых солей.

Известен способ пуска и ввода в нормальную эксплуатацию электролизера для получения алюминия, включающий заливку электролита, контролируемые подъем напряжения до напряжения анодного эффекта (30 В) со скоростью 5-10 В/ч и снижение напряжения в две стадии: на первой со скоростью 5-10 В/ч до 8,0-8,5 В, а на второй - со скоростью 0,3-0,5 В/ч до напряжения 4,0-4,4 В (а.с. СССР 1014992, С 25 С 3/06, 1983 [2]).

Высокие скорости подъема и снижения напряжения на первом этапе электрического пуска приводят к электрическому удару на катодное устройство, который может вызвать локальные разрушения, что влечет технологические нарушения, снижение срока службы электролизера.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ пуска алюминиевого электролизера, включающий заливку электролита, выдержку и заливку алюминия, в котором выдержку проводят в течение 2-4 суток (а.с. СССР 981454, С 25 С 3/06, 1982[3]).

Производили по предлагаемому решению пуск электролизеров на 150 кА. После обжига катода форсунками заливается 16-18 т электролита. Рабочее напряжение 7-10 В.

Заливку металла осуществляют после выдержки электролита через 2-4 суток, температура электролита при этом 1000-1050^oС.

При пуске по предлагаемому способу электролит заполняет поры и щели футеровки. Растворенная в электролите окись алюминия взаимодействует с материалом подины. Образующийся при этом карбид алюминия препятствует в дальнейшем проникновению катодного металла под подовые блоки.

Однако поддержание высокой температуры электролита (1000-1050^oС) в течение длительного времени (2-4 суток) влечет значительные потери фтористых солей. Поддержание рабочего напряжения на ванне 7-10 В приводит к значительным непроизводительным затратам электроэнергии.

Задачей предлагаемого решения является повышение технико-экономических показателей процесса электролиза, повышение срока службы электролизера.

Техническим результатом является сокращение времени от момента окончания обжига до подключения электролизера к току серии, снижение силы термического удара на катодное устройство, снижение потерь фтористых солей.

Технический результат достигается тем, что в способе пуска алюминиевого электролизера, включающем обжиг подины, заливку жидкого электролита, электрическое подключение электролизера, при обжиге подины ее поверхность разогревают до не менее 850^oС, заливку электролита производят в два этапа: на первом этапе 40-55% объема электролита, необходимого для заполнения ванны до технологического уровня, заливают со скоростью 0,38-0,46 т/мин, а на втором этапе 45-60% объема электролита заливают со скоростью не менее 0,1 т/мин, причем после электрического подключения электролизера осуществляют снижение напряжения на электролизере до рабочего по следующему графику, В:

День пуска - 7,0+0,7

1-е сутки - 6,2+0,4

2-е сутки - 5,8+0,3

3-е сутки - 5,4+0,3

4-е сутки - 5,1+0,2

5-е сутки - 4,85+0,2

6-е сутки - 4,7+0,1

7-е сутки - 4,6+0,1

8-е сутки - 4,5+0,1

Техническая сущность предлагаемого решения заключается в следующем. Для смягчения термического удара по катодному устройству, особенно по подине, в период обжига необходим максимальный равномерный прогрев подины. В предлагаемом решении прогрев поверхности подины осуществлялся газовыми горелками до 850-870^oС. Чем выше температура, тем глубже прогрев угольных блоков, тем меньше вероятность нарушения целостности подины вследствие термического удара при заливке электролита. Режим заливки электролита обусловлен решением нескольких задач:

1) максимальное сохранение тепла обжига в катодном устройстве (сокращение расхода электроэнергии на прогрев футеровки катодного устройства);

2) температура заливаемого электролита 950-970^oС, т.е. разница температур электролита и поверхности подины невелика (~100-120^oС), что резко снижает термический удар;

3) заливка электролита в две стадии обеспечивает более равномерный тепловой режим пускового электролизера и в конечном итоге приведет к повышению срока службы;

4) скорости заливки электролита также обеспечивают максимальное сохранение тепла обжига и достижение равномерного прогрева катодного устройства;

5) электрический режим пуска электролизера (более плавное снижение напряжения на пусковом электролизере) позволяет максимально сократить по времени, либо вообще исключить "пусковую вспышку" и тем самым либо смягчить электрический удар на подину, либо устранить его вообще.

Сравнение предлагаемого решения с прототипом показывает, что оно отличается следующим:

- разогревом поверхности подины до температуры не менее 850^oС;

- заливкой электролита в два этапа: на первом 40-55% объема электролита, необходимого для заполнения ванны до технологического уровня со скоростью 0,38-0,46 т/мин, а на втором этапе 45-60% объема электролита со скоростью не менее 0,1 т/мин;

- использованием отработанного графика снижения напряжения до рабочего.

Все вышеуказанные отличительные от прототипа признаки позволяют сделать вывод о соответствии предлагаемого решения критерию изобретения "новизна".

Проведенный поиск и сравнительный анализ с прототипом и другими известными решениями предлагаемого изобретения выявил следующее:

- известен способ подготовки к пуску на электролиз алюминиевого электролизера, включающий постепенный (ступенчатый) разогрев подины катода теплом от сжигания распыленного в рабочем пространстве электролизера топлива, заливку в шахту футерованной ванны электролита и дальнейший прогрев катода за счет сжигания топлива над поверхностью электролита, в котором вначале подину разогревают теплом от сжигания топлива до не ниже 750^oС, затем заливают перегретый до 970-1010^oС электролит и продолжают нагрев катода до эксплуатационных температур [1];

- известен способ термической подготовки алюминиевого электролизера к пуску, включающий заливку расплавленного алюминия, замыкание анода с жидким катодом и включение электролизера в цепь серии, в котором перед заливкой алюминия осуществляют нагрев подины со скоростью 85-100 град/ч до 500-600^oС, а затем, после заливки алюминия, продолжают нагрев до 900-1000^oС с той же скоростью (а.с. СССР 531894, С 25 С 3/06, 1986 [4]);

- известен способ пуска алюминиевого электролизера, включающий заливку электролита, выдержку и заливку алюминия, в котором после обжига катода форсунками заливается 16-18 т электролита при 1000-1050^oС, выдержку проводят 2-4 суток, а рабочее напряжение поддерживают 7-10 В [3];

- известен способ пуска и ввода в нормальную эксплуатацию электролизера для получения алюминия, включающий заливку электролизера, контролируемые подъем напряжения до напряжения анодного эффекта и последующее его снижение до рабочего напряжения, в котором подъем напряжения осуществляют со скоростью 5-1 В/ч, а снижение напряжения осуществляют в две стадии: на первой с той же скоростью до 8,0-8,5 В, а на второй со скоростью 0,3-0,5 В/ч до напряжения 4,0-4,4 В [3];

- известен способ пуска алюминиевого электролизера после капитального ремонта, включающий загрузку пускового материала в шахту, заливку расплавленного электролита, электрическое включение электролизера на повышенное напряжение, снижение его до рабочего и заливку жидкого металла, в котором в качестве пускового материала используют твердый рафинированный оборотный электролит, имеющий криолитовое отношение 2,9-3,0 и содержание 3,5-4,8 мас.% фтористого кальция, а снижение напряжения до рабочего ведут по графику, В:

1-е сутки - 9,0-7,0

2-е сутки - 7,0-6,0

3-е сутки - 6,0-5,8

4-е сутки - 5,8-5,0

5-8-е сутки - 5,0-4,8

9-е сутки - 4,8-4,5

(а.с. СССР 1752829, С 25 С 3/06, 1992 [5]);

В результате сравнительного анализа не выявлено технических решений, характеризующихся идентичными или эквивалентными признаками с предлагаемым: разогрев поверхности подины до температуры не менее 850^oС, заливку на первом этапе 40-55% объема электролита, необходимого для заполнения ванны до технологического уровня, со скоростью 0,38-0,46 т/мин, на втором этапе - 50-60% объема электролита заливают со скоростью не менее 0,1 т/мин, а снижение напряжения на электролизере до рабочего ведут по графику, В:

День пуска - 7,0+0,7

1-е сутки - 6,2+0,4

2-е сутки - 5,8+0,3

3-е сутки - 5,4+0,3

4-е сутки - 5,1+0,2

5-е сутки - 4,85+0,2

6-е сутки - 4,7+0,1

7-е сутки - 4,6+0,1

8-е сутки - 4,5+0,1

Нагрев поверхности подины до не менее 850^oС обусловлен следующим. Такой высокотемпературный обжиг, например газовыми горелками, обеспечивает более глубокий и равномерный прогрев всех элементов подины, уменьшит термический удар от заливки жидкого электролита.

Заливка жидкого электролита в полном объеме, необходимом для заполнения ванны до технологического уровня, позволяет снизить расход свежих фтористых солей (безвозвратные потери при транспортировке и загрузке, пирогидролиз). Поэтапная заливка обеспечивает сохранение тепла обжига и более плавный и равномерный прогрев катодного устройства, поддержание необходимой температуры электролита. На первом этапе заливка 40-55% объема всего электролита необходима для сохранения тепла обжига, а скорость заливки 0,38-0,46 т/мин - минимально необходимым временем исполнения этого этапа. На втором этапе заливка 45-60% объема всего электролита - для поддержания температуры электролита, пополнения его уровня в ванне до технологического, более глубокого и равномерного прогрева катодного устройства.

Скорость заливки не менее 0,1 т/мин обусловлена большим временным интервалом выполнения этапа.

График снижения напряжения на пусковой ванне выбран на основе опытных данных и по результатам экспериментальных пусков.

График позволяет произвести более "мягкий" пуск за счет плавного снижения напряжения на электролизере, а в совокупности с обжигом подины и режимом заливки электролита по данной технологии сократить по времени до минимума либо вообще исключить "пусковую вспышку".

Предлагаемый способ пуска алюминиевого электролизера реализуется следующим образом.

Низкотемпературный пуск электролизера с увеличением объемам заливки жидкого электролита осуществляют после газопламенного обжига подины электролизера согласно утвержденного графика. Конечная температура поверхности должна быть не ниже 850^oС.

После отключения и демонтажа газопламенной установки анод электролизера устанавливают на высоту 50-80 мм от подины. Все подготовительные работы производят в максимально сжатые сроки.

Заливку электролита в пусковой электролизер на 1-ом этапе осуществляют одновременно двумя вакуум-ковшами (двумя мостовыми кранами) с чередованием места заливки по продольным сторонам, углам и торцам электролизера.

После заливки 4 ковшей электролита в течение ~20 мин один из мостовых кранов начинает выполнять подготовительные работы по установке "плавкой вставки" и демонтажу шунтирующих пластин, а другой продолжает операции по заливке электролита с ванн-маток. Оставшиеся 6 ковшей электролита заливают в течение последующих 2 ч (средняя скорость заливки ~0,105 т/мин).

Продолжительность "пусковой вспышки" напряжения на электролизере (15-25 В) составляет 15-20 мин.

После ликвидации "пусковой вспышки" поверхность электролита утепляют смесью криолита и глинозема. На электролизере устанавливается напряжение 7,2 В.

Во время технологических обработок в день пуска электролизера количество загружаемого глинозема составляет 100-150 кг за отработку с постепенным увеличением загрузки до нормальной величины. Обработку электролизера в потоке начинают на 5-6 сутки после пуска.

Снижение рабочего напряжения на пусковом электролизере производят по графику,В:

День пуска - 7,0+0,7

1-е сутки - 6,2+0,4

2-е сутки - 5,8+0,3

3-е сутки - 5,4+0,3

4-е сутки - 5,1+0,2

5-е сутки - 4,85+0,2

6-е сутки - 4,7+0,1

7-е сутки - 4,6+0,1

8-е сутки - 4,5+0,1

Реализация предлагаемой технологии позволяет:

- сократить расход электроэнергии на пуск на 10-15%;

- снизить потери фтористых солей за счет испарения и пирогидролиза благодаря снижению температуры электролита в пусковой период;

- обеспечить более глубокий и равномерный обжиг подины электролизера, уменьшить термический удар при пуске, что в конечном итоге приведет к повышению срока службы электролизера.

Предлагаемая технология проходит опытно-промышленные испытания на Иркутском алюминиевом заводе и ее высокая эффективность подтверждается.