RU2180367C2

RU2180367C2 - Method for detecting local zones of breakage of hearth of aluminum cell

Info

Publication number: RU2180367C2
Application number: RU99125637A
Authority: RU
Inventors: С.А. Парамонов; Л.В. Рагозин; А.А. Ефимов; В.П. Пухнаревич; В.Т. Степанов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Сибирско-Уральская алюминиевая компания"
Priority date: 1999-12-06
Filing date: 1999-12-06
Publication date: 2002-03-10

Abstract

FIELD: monitoring of technological processes in electrometallurgy, possibly in aluminum production, namely testing of state of aluminum cell hearth at operation. SUBSTANCE: method comprises steps of measuring with use of instruments physical parameters of construction members of hearth for detecting zones of local breakage according to fluctuation of those parameters relative to standard values of production process; measuring electric current load of all cathode rods and determining zones and degree of hearth breakage according to value of decreasing electric current load from standard one for cathode rod or group of cathode rods; measuring in addition temperature of all cathode rods for more accurately defining zones and degree of hearth breakage according to lowered temperature of cathode rod or group of cathode rods relative to standard value of technological process. EFFECT: lowered consumption of materials and labor for liquidation of hearth breakage and for preventing aluminum cell failure. 2 cl, 1 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области контроля за технологическими процессами в электрометаллургии и может быть использовано в электролитическом производстве алюминия для раннего обнаружения локальных разрушений подины алюминиевого электролизера в процессе его эксплуатации. The invention relates to the field of control of technological processes in electrometallurgy and can be used in the electrolytic production of aluminum for early detection of local damage to the bottom of an aluminum electrolyzer during its operation.

Большинство алюминиевых электролизеров в процессе эксплуатации выходят из строя по причине вскрытия швов подины или растрескивания подовых блоков под действием различных температурных деформаций и химического воздействия расплава. Такие разрушения влекут проникновение жидкого алюминия и электролита внутрь подовых блоков, где установлены катодные металлические стержни, вызывая их разрушения. Воздействие расплава вызывает их растворение, в результате которого растворенное железо попадает в алюминий, снижая его сортность. Most aluminum electrolyzers during operation fail due to the opening of the seams of the hearth or cracking of the hearth blocks under the influence of various temperature deformations and the chemical effect of the melt. Such destruction entails the penetration of liquid aluminum and electrolyte inside the hearth blocks, where the cathode metal rods are installed, causing their destruction. The action of the melt causes their dissolution, as a result of which the dissolved iron enters aluminum, reducing its grade.

Вышеуказанное ведет к нарушениям технологического режима процесса электролиза, снижению его технико-экономических показателей, снижению срока службы электролизеров. В случае же проникновения металла через теплоизоляционную футеровку происходит разъедание металлического катодного кожуха, в результате чего возникает аварийная ситуация. The above leads to violations of the technological mode of the electrolysis process, a decrease in its technical and economic indicators, and a decrease in the service life of electrolyzers. In the case of penetration of the metal through the insulating lining, the metal cathode casing corrodes, resulting in an emergency.

Для того чтобы оставить или хотя бы замедлить процесс разрушения подины, необходимо в первую очередь точно знать место разрушения, что в начальной стадии развития процесса бывает зачастую невозможным. До настоящего времени, когда разрушение становилось доступным для обнаружения, его величина была настолько серьезной, что, как правило, такие разрушения ликвидировать не удавалось, электролизер отключался на капитальный ремонт. In order to leave or at least slow down the process of destruction of the hearth, it is necessary first of all to know exactly the place of destruction, which in the initial stage of development of the process is often impossible. Until now, when the destruction became available for detection, its magnitude was so serious that, as a rule, it was not possible to eliminate such destruction, the cell was turned off for major repairs.

Существующие методы контроля состояния целостности футеровки алюминиевого электролизера общеизвестны и широко применяются на алюминиевых заводах: замеры температуры наружной бортовой поверхности катодного кожуха, его днища, замеры температуры катодных стержней, механическое зондирование подины, установка термопар под угольную футеровку подины. Existing methods for monitoring the integrity of the lining of an aluminum electrolyzer are well known and widely used in aluminum plants: temperature measurements of the outer side surface of the cathode casing, its bottom, temperature measurements of the cathode rods, mechanical sensing of the bottom, installation of thermocouples for the coal lining of the bottom.

Однако известные методы недостаточно эффективны, так как либо уже констатируют произошедшие разрушения, либо дают недостаточно верную информацию о состоянии футеровки и характере происходящих разрушений. However, the known methods are not effective enough, because either they already observe the damage that has occurred, or they provide insufficiently accurate information about the condition of the lining and the nature of the damage that occurs.

Известен способ регулирования процесса получения алюминия в электролизере, включающий измерение температуры расплава и по ее повышению определение места снижения толщины настыли. A known method of regulating the process of producing aluminum in an electrolytic cell, including measuring the temperature of the melt and determining its place to decrease the thickness of the nastily by increasing it.

Регулирование теплового режима электролизера (регулирование толщины настыли в ванне) осуществляют периодическим изменением электрического сопротивления периодическим отключением и включением катодных стержней в местах нарушения теплового режима электролизера (А.с. СССР 582332, С 25 С 3/06, 1975г.). Regulation of the thermal regime of the electrolyzer (regulation of the thickness of the coating in the bath) is carried out by periodically changing the electrical resistance by periodically turning off and turning on the cathode rods in places of violation of the thermal regime of the electrolyzer (AS USSR 582332, C 25 C 3/06, 1975).

По технической сущности, наличию сходных признаков данное решение принято в качестве ближайшего аналога. By technical nature, the presence of similar features, this decision was made as the closest analogue.

Недостатки известного решения:
- определение места снижения толщины настыли недостаточно точное и оперативное, т.к. причин повышения температуры расплава может быть несколько и, следовательно, возможны значительное разрушение настыли и ранний выход электролизера из строя;
- регулирование теплового режима периодическим отключением и включением катодных стержней в местах нарушения теплового режима чревато нарушениями электрического и технологического режима электролизера, что также может привести к снижению срока службы электролизера.The disadvantages of the known solution:
- determination of the place of decrease in thickness of the coating was not accurate enough and efficient, because there can be several reasons for the increase in the melt temperature, and, therefore, significant destruction of the coating and early electrolysis of the cell are possible;
- regulation of the thermal regime by periodically turning the cathode rods off and on in places of violation of the thermal regime is fraught with violations of the electric and technological regime of the cell, which can also lead to a decrease in the life of the cell.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение срока службы электролизера. The objective of the proposed technical solution is to increase the service life of the cell.

Техническим результатом является повышение точности, надежности и оперативности обнаружения мест локальных разрушений подины и оперативное принятие мер по их устранению. The technical result is to increase the accuracy, reliability and efficiency of locating local deformation of the hearth and the prompt adoption of measures to eliminate them.

Технический результат достигается тем, что в способе обнаружения локальных мест разрушений подины алюминиевого электролизера, включающем приборные измерения физических параметров конструктивных элементов подины и определение мест разрушений по отклонению величины этих параметров от нормативных технологических, измеряют токовую нагрузку на всех катодных стержнях, на основе этих измерений определяют места и степень разрушения подины по величине уменьшения токовой нагрузки от нормативной технологической на катодный стержень или на группу стержней, дополнительно замеряют температуру всех катодных стержней и по величине уменьшения температуры катодного стержня или группы катодных стержней от нормативной технологической уточняют места и степень разрушения подины. The technical result is achieved by the fact that in the method for detecting local places of destruction of the hearth of an aluminum electrolyzer, including instrumental measurements of the physical parameters of the structural elements of the hearth and determining the places of destruction by the deviation of the values of these parameters from the standard technological, measure the current load on all cathode rods, on the basis of these measurements determine places and degree of destruction of the hearth by the magnitude of the decrease in current load from the normative technological load on the cathode rod or group of rods, additionally measure the temperature of all cathode rods and, by the magnitude of the decrease in temperature of the cathode rod or group of cathode rods from the normative technological, specify the location and degree of destruction of the hearth.

Техническая сущность предлагаемого решения заключается в следующем. The technical essence of the proposed solution is as follows.

Исследования, проведенные на ОАО СУАЛ филиал "ИркАЗ-СУАЛ", в ходе которых производились комплексные температурные замеры и замеры токовых нагрузок катодных стержней и подовых углеродистых блоков на электролизерах с нарушениями технологического режима (повышенное содержание железа в металле, локальное повышение температуры, нарушение токораспределения) и на нормально работающих электролизерах. По результатам замеров токовых нагрузок определялись места локальных разрушений. Studies conducted at the SUAL OJSC by the IrkAZ-SUAL branch, during which complex temperature measurements and current load measurements of the cathode rods and hearth carbon blocks were performed on electrolyzers with violations of the technological regime (increased iron content in the metal, local temperature increase, violation of current distribution) and on normally working electrolyzers. According to the results of measurements of current loads, places of local destruction were determined.

Результаты замеров токораспределения сравнивались с результатами температурных замеров, а общие результаты проверялись фактическим контролем при отключении электролизера на капитальный ремонт. The results of current distribution measurements were compared with the results of temperature measurements, and the general results were checked by actual control when the cell was turned off for major repairs.

Проведенные работы позволяют сделать вывод, что основанием для определения места разрушения является минимальная токовая нагрузка на катодном стержне или группе катодных стержней. Это подтверждается фактическими разрушениями, обнаруженными при демонтаже катодного устройства, что подтверждает надежность способа обнаружения локальных разрушений. Самое главное - предлагаемый способ обеспечивает раннее обнаружение локальных разрушений подины, что дает возможность принять меры для их устранения или замедления скорости роста разрушений. Это очень важное преимущество позволяет как увеличить срок службы электролизера, так и не снижать технико-экономические показатели процесса электролиза и предотвратить возможные технологические нарушения на исследованном электролизере и на последующих с ним связанных по ходу тока. The work carried out allows us to conclude that the basis for determining the place of destruction is the minimum current load on the cathode rod or group of cathode rods. This is confirmed by the actual damage detected during the dismantling of the cathode device, which confirms the reliability of the method for detecting local damage. Most importantly, the proposed method provides early detection of local dam destruction, which makes it possible to take measures to eliminate them or slow down the growth rate of damages. This very important advantage allows you to both increase the life of the electrolyzer and not reduce the technical and economic indicators of the electrolysis process and prevent possible technological disruptions on the studied electrolyzer and subsequent associated with it along the current.

Физико-химический механизм возникновения локальных разрушений представляется авторам предлагаемого решение следующим. The physicochemical mechanism of the occurrence of local damage appears to the authors of the proposed solution as follows.

При возникновении трещины в блоке или раскрытии шва, что связано с множеством причин (некачественное изготовление блока, некачественная набойка шва, термические напряжения в период обжига и пуска), расплавленный алюминий через места разрушений подовых угольных блоков проникает к катодным стержням и растворяет его. При этом образуются химические соединения элементов с железом, которые постепенно частично "заменяют" катодный стержень. Вместе с металлом проникают фтористые соли, глинозем, угольные частички разрушенного шва или блока. В итоге электросопротивление переходного участка "металл-катодный стержень" увеличивается и токовая нагрузка уменьшается. По степени снижения токовой нагрузки катодного стержня (группы катодных стержней) можно определить место и степень разрушения подины. In the event of a crack in the block or opening of the seam, which is associated with many reasons (poor manufacturing of the block, low-quality seaming of the seam, thermal stresses during the firing and start-up), molten aluminum penetrates the cathode rods through the places of destruction of the hearth coal blocks and dissolves it. In this case, chemical compounds of elements with iron are formed, which gradually partially “replace” the cathode rod. Together with the metal, fluoride salts, alumina, coal particles of the destroyed seam or block penetrate. As a result, the electrical resistance of the transition section "metal-cathode rod" increases and the current load decreases. By the degree of reduction of the current load of the cathode rod (group of cathode rods), you can determine the location and degree of destruction of the hearth.

Предлагаемый способ позволяет не только оперативно и достаточно точно определять места разрушений, но и делать это на ранней стадии разрушения, что позволяет предпринять необходимые меры по устранению этих разрушений максимально эффективно. The proposed method allows not only quickly and accurately determine the location of destruction, but also to do it at an early stage of destruction, which allows you to take the necessary measures to eliminate these damage as efficiently as possible.

Предлагаемое решение отличается от прототипа тем, что места локальных разрушений определяют по измерениям токовой нагрузки на катодные стержни, а величину этих разрушений - по величине снижения токовой нагрузки и уточняют по величине снижения температуры катодного стержня (группы катодных стержней). The proposed solution differs from the prototype in that the places of local destruction are determined by measuring the current load on the cathode rods, and the magnitude of these destruction is determined by the magnitude of the decrease in current load and specified by the magnitude of the decrease in temperature of the cathode rod (group of cathode rods).

От прототипа и других известных способов выявления локальных разрушений подины предлагаемый способ отличается тем, что найден принципиально новый подход - обнаружение локальных разрушений по физической величине, характеризующей эти разрушения - снижению токовой нагрузки и уточнение мест разрушений и их величины по снижению температуры катодных стержней. Определение же по повышению температуры катодного стержня дает неверное определение, т. к. токовая нагрузка с разрушаемого катодного стержня распределяется на соседние стержни, что и вызывает повышение их температуры. The proposed method differs from the prototype and other known methods for detecting local damages of the hearth in that a fundamentally new approach is found - detecting local damages by the physical value characterizing these failures - reducing the current load and clarifying the damage sites and their magnitude for lowering the temperature of the cathode rods. The definition of increasing the temperature of the cathode rod gives an incorrect definition, since the current load from the destructible cathode rod is distributed to neighboring rods, which causes an increase in their temperature.

Другие методы еще менее точны и достоверны, а самое главное инерционны настолько, что определяемые разрушения уже настолько значительны, что невозможно их уже локализовать или законсервировать. То есть констатируется факт необходимости отключения электролизера на капитальный ремонт. Other methods are even less accurate and reliable, and most importantly, inertial so much that the determined damage is already so significant that it is already impossible to localize or preserve them. That is, the fact of the need to turn off the cell for overhaul is stated.

Предлагаемый способ позволяет обнаружить локальные разрушения на ранней стадии (сигнал для контрольной проверки - повышение содержания железа в алюминии) или производить профилактический контроль за состоянием подин электролизеров. The proposed method allows to detect local damage at an early stage (a signal for a control check is an increase in the iron content in aluminum) or to perform preventive monitoring of the status of the bottom of the electrolytic cells.

Результаты инструментальных замеров токовой нагрузки на катодных стержнях, которые используются для обнаружения локальных разрушений подины алюминиевого электролизера, могут быть представлены в виде компьютерной графики, на бумажном носителе в виде графиков. The results of instrumental measurements of the current load on the cathode rods, which are used to detect local destruction of the bottom of the aluminum electrolyzer, can be presented in the form of computer graphics, on paper in the form of graphs.

В варианте раннего обнаружения локальных разрушений подины при увеличении содержания железа в алюминии-сырце снимается карта токораспределения по подине. Замеры на ОАО "СУАЛ" филиал "ИркАЗ-СУАЛ" производились прибором ИПП-1 (заявка на полезную модель 98115418/20(017108), решение о выдаче свидетельства от 10.11.98г.), замеры температуры - термопарами. In the case of the early detection of local destruction of the hearth with an increase in the iron content in the raw aluminum, a current distribution map for the hearth is removed. Measurements at OAO SUAL of the IrkAZ-SUAL branch were made with the IPP-1 device (application for utility model 98115418/20 (017108), the decision to issue a certificate dated 10.11.98), temperature measurements with thermocouples.

Данные замеров токовой нагрузки и температуры приведены в таблице. Measurements of current load and temperature are given in the table.

По результатам замеров токовой нагрузки на катодных стержнях строят сдвоенный график распределения тока левой и правой по ходу тока сторон электролизера, см. чертеж. Based on the results of measurements of the current load on the cathode rods, a double graph of the current distribution of the left and right along the current sides of the electrolyzer is built, see drawing.

Совмещение сдвоенного графика распределения токовой нагрузки по катодным стержням (блюмсами) с видом подины электролизера сверху позволяет определить места локальных разрушений подины электролизера, а температурные замеры подтверждают эту информацию. The combination of the double graph of the distribution of the current load across the cathode rods (blooms) with the top view of the bottom of the cell allows you to determine the location of local destruction of the bottom of the cell, and temperature measurements confirm this information.

Наличие данных о местах локальных разрушений позволяет принять необходимые меры для устранения разрушений (цементирование различными материалами и составами). The availability of data on the local destruction sites allows you to take the necessary measures to eliminate the damage (cementing with various materials and compositions).

Опытно-промышленное использование предлагаемого способа локальных разрушений подины алюминиевого электролизера подтверждает его простоту в реализации, достаточно высокую точность и надежность. The experimental industrial use of the proposed method of local destruction of the bottom of the aluminum electrolyzer confirms its simplicity in implementation, high accuracy and reliability.

Claims

1. A method for detecting local places of destruction of the hearth of an aluminum electrolyzer, including instrumental measurements of the physical parameters of the structural elements of the hearth and determining the places of destruction by the deviation of the values of these parameters from the standard technological, characterized in that they measure the current load on all cathode rods and determine the location and degree of destruction of the hearth the magnitude of the reduction of the current load from the regulatory technological on the cathode rod or on a group of cathode rods.

2. The method according to p. 1, characterized in that the temperature of all the cathode rods is additionally measured and the places and degree of destruction of the hearth are specified by the magnitude of the decrease in the temperature of the cathode rod or group of cathode rods from the standard technological.