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 вышеупомянутыч. 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. 3.1 показаны некоторые преимущества и недостатки наиболее распространенных методов обжига.

Таблица 3.2

Сравнительные характеристики некоторых методов обжига.

3.2 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. 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 2 часов. После чего его гасят введением гасильных шестов. Напряжение на ванне устанавливают 7-8В.

3.3 Пусковой и послепусковой периоды

    В пусковой период основными задачами являются стабилизация технологического режима, формирование укрытия анодного массива, создание НЗП 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 А6.

    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 3.3 и 3.4

 

    Таблица 3.3

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

Таблица 3.4

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

3.3.1. 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 пуски. 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. На рисунке 3.3 отображен график увеличения уровня металла в пусковой период, а на рисунке 3.4 показана зависимость содержания наиболее вредных примесей от срока службы.

   

 Рис 3.3 Целевой уровень металла на электролизерах РА-300 в пусковой период

Рис. 3.4. Динамика сортности алюминия вновь пущенного электролизера

3.3.2. 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, представленному на рисунке 3.5.

Рис. 3.5. График снижения уровня электролита

3.3.3. Криолитовое отношение

    Сразу после пуска КО исскуственно повышается за счет добавки соды, с целью компенсации потерь Na на пропитку футеровки, затем снижается до рабочего показателя согласно графику, отброженному на рисунке 3.6.

Рис. 3.6. График снижения КО

3.3.4. Температура электролита

    Снижение  температуры электролиты является одной из основныхзадач пускового периода, т.к. долгая работа на повышенной температуре может привести к технологическим нарушениям. Температура электролита непосредственно зависит от рабочего напряжения, графики снижения температуры и напряжения отображены, соответственно, на рисунках 3.7 и 3.8

Рис. 3.7.График снижения температуры электролита

Рис. 3.8. График снижения рабочего напряжения

 

Глава 4. Инновации

    По  каждому из этапов пуска ведутся  активные научные разработки, основной целью которых являются: повышение срока службы и сокращение сроков ввода в эксплуатацию электролизера, что дает положительный экономический эффект.

    В связи с тем, что на стадии обжига подины в ОК «РУСАЛ» главенствующее положение занимает газопламенный метод, целесообразно вести разработки в направлении защиты углеродистых футеровочных материалов от открытого пламени горелки. Например, согласно патенту РФ № 2169212 от 20.06.2001 обжиг ведут с подсыпкой по периферии подины слоя низкотемпературных легкоплавких алюминиевых гранул толщиной 3,5-7 см с обеспечением градиента температуры на поверхности футеровки подины в направлении к ее периферии в пределах 1,7-2,6°С/см и последующее его снижение до 0°С/см в период выдержки при конечной температуре обжига. Способ уменьшает деформацию угольных блоков и проникновение натрия в футеровку. Недостатком данного метода является необходимость использования специализированного материала, трудозатраты, возникающие в связи с засыпкой алюминиевых гранул на подину перед обжигом, вероятность проникновения металла в подовые блоки.

    Способ  обжига подины, описанный в патенте  РФ №2370572 от 20.10.2009, заключается в установке теплоизоляционного укрытия, выполненного из гибкого листового материала, которое закрепляют в верхней части на узел навески газосборного колокола, а в нижней части укладывают на периферийные швы подины. Нагрев подины производят горелками, фиксированными на металлических кронштейнах, закрепленных на газосборном колоколе и удаленных из зоны обжига подины. Данное изобретение обеспечивает увеличение глубины прогрева и сохранение температуры подины алюминиевого электролизера, достигнутой в процессе обжига, с минимальными потерями до заливки электролита; исключение оплавления в процессе обжига чугунных сопел и металлических кронштейнов и, как следствие, снижение содержания железа на пусковых электролизерах, однако требует больших трудозатрат, связанных с монтажем/демонтажем кронштейном. Также вызывает сомнения увеличение глубины прогрева, что необходимо проверить в промышленных условиях.