Выбор типа электролизера   

   На проектируемом заводе предлагается использование электролизеров с предварительно обожженными анодами на силу тока 260 кА с однорядным поперечным расположением в корпусе, разрабатываемые на базе электролизеров мощностью 255 кА, успешно эксплуатируемых на Саянском алюминиевом заводе.

   Электролизер с обожженными анодами на силу тока 260 кА разрабатывался на основании опыта эксплуатации электролизеров различной единичной мощности в диапазоне от 80 до 300 кА с разным количеством и размерами анодов. В конструкции электролизера учтены новые конструкторские разработки, которые были использованы и проверены в электролизерах, установленных и эксплуатируемых в настоящее время на алюминиевых заводах.

   В 1990-1991 г.г. институтом ВАМИ были разработаны и находятся в эксплуатации электролизеры с обожженными анодами на силу тока 200 кА на алюминиевом заводе в Египте. В составе электролизера были разработаны новые конструкции анодной ошиновки со стояками с продольной стороны, рамно-шпангоутными катодными кожухами и автоматизированной системой управления.

   В 1991-1993 г.г. совместно с немецкой фирмой VAW на Саянском алюминиевом заводе были построены и эксплуатировались шесть электролизеров на илу тока 300 кА. Кроме мощности, указанные электролизеры отличались от других конструкций следующими техническими решениями: анодной ошиновкой, автоматизированной системой питания глиноземом с дозаторами клапанного типа, рампо-шпангоутными кожухами, централизованной подачей глинозема, механизмами перемещения анодной ошиновки, автоматизированными системами управления технологическим процессом.

   Следующим этапом внедрения новых разработок явилась установка трех электролизеров с обожженными анодами на силу тока 260 кА в 11-ом корпусе Таджикского алюминиевого завода.  Электролизеры введены в эксплуатацию в 1993 г. Отличительными особенностями конструкции этих электролизеров являются : катодный кожух шпангоутного типа, анодная ошиновка со стояками с продольной стороны и перемычками, проходящими через балку-коллектор, рычажная система механизма перемещения анодной ошиновки, опирание балки-коллектора, централизованная подача глинозема транспортером кипящего слоя, новые футеровочные материалы фирмы «Skamol» (Дания) автоматизированная  система управления электролизом.

   В 1995 году институт ВАМИ совместно с американской фирмой «Кайзер» спроектировал и ввел в эксплуатацию опытный участок, состоящий из 12-ти электролизеров с обожженными анодами на силу тока 75 кА, на Надвоицком алюминиевом заводе, которые работают и в настоящее время с высокими –технико-экономическими показателями (выход по току 94,5 %). Отличительными особенностями конструкции являются следующие технические решения: катодный шпангоутный кожух, футеровка с новыми футеровочными материалами, в том числе карбидкремниевые плиты, кварцевый песок, блоки силиката кальция, балка-коллектор, использованная как емкость для глинозема (отдельно выполнен бункер и дозатор для фторсолей), система газоотсоса и система автоматизированного питания глиноземом с клапанными дозаторами, автоматизированная система управления типа «Селтрол». В настоящее время на базе этих электролизеров осуществляется модернизация Надвоицкого алюминиевого завода.

   В 1999-2000 г.г. институт разработал шпангоутные кожуха и футеровку применением ряда новых футеровочных материалов, предназначенные для электролизеров с обожженными анодами на силу тока 175, 190 и 255 кА, которые в настоящее время изготавливаются и намечены к внедрению на ряде алюминиевых заводов.

   Практический опыт усовершенствования и проверки в промышленных условиях отдельных узлов и деталей в конструкции электролизеров на ряде алюминиевых заводов позволил разработать промышленную конструкцию электролизера на силу тока 260 кА, используемого при проектировании алюминиевого завода в г. Первомайский Харьковской области (Украина).

   Катодный кожух электролизера – шпангоутного типа.

   Используемые подовые блоки – графитированные с малым относительным удлинением и низкой электропроводностью.

   Размер одного анода в плане 1450х700 мм и высота 600 мм.

   Анодное устройство электролизера на 260 кА набирается из 36-ти обожженных анодов, что соответствует анодной плотности тока, равной  ~ 0,71 А/см².

   Анододержатель состоит из алюминиевой штанги и трехниппельного кронштейна. Соединение алюминиевой штанги со стальным кронштейном – через биметаллическую пластину с помощью сварки.

   Огнеупорная и теплоизоляционная футеровка днища кожуха выполняется из высококачественных материалов с барьерным слоем против пропитки электролитом, боковая футеровка – из карбид-кремниевых плит.

Количество подовых секций, шт.                           —  24

Катодные блоки графитированные, мм                —  400х550х3400

Сечение катодного стержня, мм                            —  115х230

Количество стержней, шт                                       —  48

Футеровка цоколя:

подина: слой кварцевого песка 20 мм;

1 ряд огнеупорного кирпича с защитой от пропитки расплавом Alubar 1100;

1 ряд огнеупорного шамотного кирпича ША;

плита вермикулитовая марки SKAMOLEX V-1100 толщиной 66 мм;

силикальцитовая плита SKAMOLEX толщиной 76 мм;

слой шамотной засыпки 28 мм.

Бортовая футеровка:

Бровка: шамотный кирпич ША-1;

карбидокремниевые плиты толщиной 70 мм.

   По периферии катодного кожуха заливается вермикулитовый раствор шириной 125 мм на глубину слоя шамотной кладки. Уровень вермикулита выше уровня блюмсов на 65 мм. Состав футеровки определен на основании расчета теплового поля катода и энергетического баланса электролизера.
Соединение блюмс-спуск-разъемное, болтовое.
Электролизер имеет укрытие, верхней частью которого является балка-коллектор. Пространство между катодным кожухом и балкой-коллектором укрыто: с продольных сторон – съемными крышками-створками, выполненными из алюминия, с торцов – раздвижными щитами. Балка-коллектор помимо сбора газов используется одновременно и в качестве несущей металлоконструкции.
Внутри балки-коллектора размещаются секции системы АПГ (автоматизированного питания глиноземом) точечного типа, включающие в себя бункеры для глинозема и бункер для фторсолей, пробойники и дозаторы. Пробойники и дозаторы приводятся в действие пневмоцилиндрами.
Газоотсос от электролизера – односторонний верхний. КПД укрытия – 98 %.
Объем отсасываемых газов от электролизера – 8500 нм³/час.

   Схема ошиновки и сечение пакетов шин выбирается из условия создания минимальных составляющих магнитного поля и его симметрии, а также равномерного распределения тока по блюмсам с целью уменьшения горизонтальных токов в металле.

   В конструкции ошиновки учтен опыт эксплуатации электролизеров на силу тока 255 кА на Таджикском и Саянском алюминиевых заводах.

   Основными элементами усовершенствованной технологии является, наряду с применением прогрессивной конструкции электролизеров с предварительно обожженными анодами большой мощности, ведение процесса электролиза на электролитах с пониженным криолитовым отношением (К.О.). Электролиты с пониженным К.О. (вплоть до 2,2) широко используются в мировой практике на электролизерах с обожженными анодами и обеспечивают выход по току до 95 %.

   Кроме того, в составе электролита ограничивается количество содержания добавок. Как правило, применяется добавка СаF2 в количестве 4-6 %. Основное преимущество таких электролитов – возможность ведения процесса электролиза при более низких температурах.

   Установлено, что снижение температуры электролиза на 1оС повышает выход по току на 0,25-0,30 % и снижает количество выделяющихся вредностей.

   Однако, для такого электролита характерна пониженная растворимость глинозема  и более резкая зависимость температуры ликвидуса от состава электролита, что предполагает необходимость ведения процесса электролиза при низких, поддерживаемых в узких пределах, концентрациях глинозема, ровном, без значительных флюктуаций, температурном режиме. С этой целью предусматривается использование точечной системы АПГ и современной системы автоматизированного управления процессом, в том числе по концентрации глинозема. Для уменьшения количества осадка на подине и получения высоких технологических показателей, необходимо применение глинозема «песочного» типа.

Техническая характеристика электролизера

Основные конструктивные показатели электролизеров

с обожженными анодами на силу тока 260 кА

Таблица 2.1

Технологические показатели

Таблица 2.2