Для изготовления любых изделий, предназначенных к восприятию внеш-них сил, применяют не чистый алюминий, а его сплавы, которых в на-стоящее время разработано достаточно много марок.

Введение различных легирующих элементов в алюминий существенно изменяет его свойства, а иногда придает ему новые специфические свойства. При различном легировании повышаются прочность, твердость, приобретается жаропрочность и другие свойства. При этом происходят и нежелатель-ные изменения: неизбежно снижается электропроводность, во многих слу-чаях ухудшается коррозионная стойкость, почти всегда повышается относи-тельная плотность. Исключение составляет легирование марганцем, который не только не снижает коррозионную стойкость, но даже несколько повышает ее, и магнием который тоже повышает коррозионную стойкость (если его не более 3%) и снижает относительную плотность, так как он легче, чем алюми-ний.

Основными легирующими элементами в различных деформируемых сплавах являются медь, магний, марганец и цинк, кроме того, в сравнительно небольших количествах вводятся также кремний, железо, никель и некоторые другие элементы.

Для получения деформируемых сплавов в алюминий вводят в основном растворимые в нем легирующие элементы в количестве, не превышающем предел их растворимости при высокой температуре. В них не должно быть эвтектики, которая легкоплавка и резко снижает пластичность.

Деформируемые сплавы при нагреве под обработку давлением должны иметь гомогенную структуру твердого раствора, обеспечивающую наибольшую пластичность и наименьшую прочность. Это и обусловливает их хорошую обрабатываемость давлением.

Деформируемые сплавы используются в автомобильном производстве для внутренней отделки, бамперов, панелей кузовов и деталей интерьера; в строительстве, как отделочный материал; в летательных аппаратах и др. Алюминий в большом объёме используется в строительстве в виде облицовочных панелей, дверей, оконных рам, электрических кабелей. Алюминие-вые сплавы не подвержены сильной коррозии в течение длительного времени при контакте с бетоном, строительным раствором, штукатуркой, особенно если конструкции не подвергаются частому намоканию.

Деформируемые алюминиевые сплавы делят на упрочняемые и неупрочняемые. Это наименование отражает способность или неспособность сплава заметно повышать прочность при термической обработке.

Уже сейчас трудно найти отрасль промышленности, где бы ни использовался алюминий или его сплавы - от микроэлектроники до тяжёлой метал-лургии. Это обуславливается хорошими механическими качествами, лёгко-стью, малой температурой плавления, что облегчает обработку, высоким внешними качествами, особенно после специальной обработки. Учитывая перечис-ленные и многие другие физические и химические свойства алюми-ния, его неисчерпаемое количество в земной коре, можно сказать, что алю-миний - один из самых перспективных материалов будущего.

1. МЕТАЛЛУРГИЯ АЛЛЮМИНИЯ, ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ

1.1 История развития алюминиевой промышленности

Алюминий сравнительно недавно стал промышленным металлом. Впервые металлический алюминий получил датский физик Г. Эрстед в 1825 г. восстановив хлористый алюминий амальгамой калия. В дальнейшем способ Эрстеда был улучшен: амальгаму калия заменили металлическим калием, а затем - более дешевым натрием. Нестойкий и гигроскопичный хлористый алюминий заменили двойным хлоридом алюминия и натрия (AlCl3-NaCI).

В 1865 г. русский ученый Н.Н. Бекетов предложил получать алюминий вытесненном его из фтористых соединении магнием. Этот способ нашел применение в ряде стран Западной Европы. Производство алюминия “химическими” методами осуществлялось примерно в течение 35 лет (с 1854 до 1890 г.). За это время было получено около 200 т алюминия. В конце 80-х годов прошлого столетия химические способы производства алюминия были вытеснены электролитическим.

Основоположниками электролитического способа производства алюминия являются Поль Эру во Франции и Чарльз Холл в США, которые в 1866 г. независимо друг от друга заявили аналогичные патенты на способ получения алюминия электролизом глинозема (А1203), растворенного в расплавленном криолите (Na2AIF6). С открытием электролитического способа началось быстрое развитие алюминиевой промышленности. Если в 1900 г. выпуск алюминия во всем мире составил 5,7 тыс. т, но уже к 1930 г. он приблизился к 270 тыс. т, в 1950 г. составил (без стран социализма) около 1,3 млн. т, а в 1980 г. - более 12 млн. т.

В капиталистическом мире основными производителями алюминия являются США, Япония, Канада, ФРГ, Норвегия.

В дореволюционной России не было собственной алюминиевой промышленности. Однако в конце прошлого и начале настоящего столетия русские ученые (Н.Н. Бекетов, П.П. Федотьев, Н.А. Пушин, Д.А. Пеняков, Е.И. Жуковский и другие) выполнили ряд исследований, сыгравших большую роль в развитии мировой алюминиевой промышленности. Под руководством П. П. Федотьева были проведены глубокие исследования теоретических основ электролитического способа получения алюминия, в частности были исследованы двойные системы фторид алюминия - фторид натрия, криолит - глинозем, явления растворимости алюминия в электролите, анодный эффект, а также ряд других процессов, связанных с электролизом криолит-глиноземных расплавов. Результаты этих исследований получили мировую известность.

В 1882--1892 гг. химик К.П. Байер разработал в России щелочной способ получения глинозема, который до настоящего времени является основным в мировой алюминиевой промышленности. В 1895 г. Д.А. Пеняков предложил способ получения глинозема из бокситов спеканием с сульфатом натрия в присутствии угля, а А.Н. Кузнецов и Е.И. Жуковский в 1915 г. - способ получения глинозема из низкосортных руд путем восстановительной плавки их на шлаки алюминатов щелочноземельных металлов. Н.А. Пушин с сотрудниками в 1914 г. впервые в нашей стране получил алюминий “русского происхождения”, т. е. из отечественных сырья и материалов.

Условия для создания в нашей стране алюминиевой промышленности, являющейся крупным потребителем электроэнергии, появились только после Великой Октябрьской социалистической революции. Решающую роль в этом сыграл разработанный в 1920 г. по инициативе и под руководством В.И. Ленина план ГОЭЛРО, положивший начало созданию прочной энергетической базы в нашей стране. Построенная в соответствии с этим планом в 1926 г. первая крупная гидроэлектростанция на р. Волхов явилась энергетической базой первого в СССР Волховского алюминиевого завода. В декабре 1927 г. XV съезд ВКП принял решение о создании в нашей стране алюминиевой промышленности, а в августе 192 г. Совет Труда и Обороны принял решение о строительстве в СССР Волховского и Днепровского алюминиевых заводов. В 192 г. на Ленинградском опытном заводе “Красный Выборжец” под руководством П.П. Федотьева были проведены длительные производственные испытания по получению алюминия электролитическим путем из отечественных материалов.

В 193 г. в Ленинграде был пущен опытный завод, который сыграл большую роль в развитии советской алюминиевой промышленности. На этом заводе испытывалось оборудование, осваивался технологический режим, готовились рабочие и инженерно-технические кадры для первых советских алюминиевых заводов. Одновременно были проведены исследования по производству электродных изделий, необходимых для получения алюминия. Результаты этих исследований легли в основу проектирования первых электродных заводов - Московского и Днепровского. Разработанный в Институте прикладной минералогии способ получения криолита был положен в основу проектирования производства криолита на Полевском криолитовом заводе.

В 1930 г. были созданы Научно-исследовательский институт алюминиевой промышленности (НИИС алюминий) и проектный институт - гипроалгомпний.

Позднее НИИС алюминий и Гипроалюминий были объединены в единый Всесоюзный алюминиево-магниевый институт (ВАМИ).

14 мая 1932 г. вступил в эксплуатацию Волховский алюминиевый завод, а в 1933 г. на базе Днепровской ГЭС - Днепровский алюминиевый завод. Очень много внимания становлению советской алюминиевой промышленности уделял С.М. Киров, который возглавлял Ленинградскую партийную организацию. Первым алюминиевым заводам нашей страны - Волховскому и Днепровскому в дальнейшем было присвоено его имя.

В период с 1926 по 1936 г. в Государственном институте прикладной химии (ГИПХ) под руководством А.А. Яковкина был разработан способ получения глинозема из тихвинских бокситов спеканием их с содой и известняком. В результате впервые была разрешена проблема переработки высококремнистых бокситов. В 1938 г. вошел в эксплуатацию Тихвинский глиноземный завод, а в 1939 г. на базе высококачественных североуральских бокситов - Уральский алюминиевый завод.

В начале Великой Отечественной войны Волховский и Днепровский алюминиевые заводы и Тихвинский глиноземный были выведены из строя. Оборудование этих заводов вывезли на Урал и в Сибирь. В годы Великой Отечественной войны был значительно расширен Уральский алюминиевый завод к введены в эксплуатацию Новокузнецкий (1943 г.) и Богословский (1945 г.) алюминиевые заводы.

В послевоенные годы были восстановлены Волховский и Днепровский алюминиевые заводы и Тихвинский глиноземный завод, а также вошли в эксплуатацию новые алюминиевые заводы: Канакерский (1950 г.), Кандалакшский (1951 г.), Надвоицкий (1954 г.), Сумгаитский (1955 г.). Ряд крупных алюминиевых заводов был пущен на базе дешевой электроэнергии гидроэлектростанций, построенных на Волге и реках Сибири: Волгоградский (1959 г.). Иркутский (1962 г.). Красноярский (1964 г.), Братский (1966 г.) и Таджикский (1975 г.).

Одновременно вводились новые предприятия по производству глинозема -- Никалевский (1959 г.) и Ачинский (1970 г.) глиноземные комбинаты. Павлодарский (1964 г.) и Кировабадскии (1966 г.) алюминиевые заводы, Николаевский глиноземный завод (1980 г.).

Алюминиевая промышленность, созданная в нашей стране, занимает одно из ведущих мест в мире. При создании ее советскими учеными и специалистами впервые в мировой практике был решен ряд важных научно-технических проблем: комплексная переработка нефелиновых руд и концентратов с получением глинозема, соды, поташа и цемента, комплексная переработка алунитовых руд с получением глинозема, сульфата калия и серной кислоты, а также многие другие.

Цветную металлургию можно считать одной из немногих относительно благополучных отраслей, хотя в целом общая тенденция реструктуризации отрасли за последние два десятилетия принципиально мало отличается от других отраслей.

1.2. Производство первичного алюминия и основные направления его потребления

В настоящее время в промышленности алюминий получают электролизом раствора глинозема Al2O3 в расплавленном криолите. Al2O3 должен быть достаточно чистым, поскольку из выплавленного алюминия примеси удаляются с большим трудом. Температура плавления Al2O3 около 2050 оС, а криолита 1100 оС. Электролизу подвергают расплавленную смесь криолита и Al2O3, содержащую около 10 масс.% Al2O3, которая плавится при 960 оС и обладает электрической проводимостью, плотностью и вязкостью, наиболее благоприятствующими проведению процесса. При добавлении AlF3,,CaF2 и MgF2 проведение электролиза оказывается возможным при 950 оС.

Электролизер для выплавки алюминия представляет собой железный кожух, выложенный изнутри огнеупорным кирпичом. Его дно, собранное из блоков спрессованного угля, служит катодом. Аноды располагаются сверху: это - алюминиевые каркасы, заполненные угольными брикетами.

Al2O3 = Al3+ + AlO33-

На катоде выделяется жидкий алюминий:

Al3+ + 3е- = Al

Алюминий собирается на дне печи, откуда периодически выпускается. На аноде выделяется кислород:

4AlO33- - 12е- = 2Al2O3 + 3O2

В 1996 г. производство первичного алюминия превысило 19 млн. т. в год и продолжает расти. За последние 100 лет производство алюминия превратилось в мощную отрасль мирового хозяйства и развитие многих современных отраслей науки и техники (авиация и транспорт, атомная техника, упаковка пищевых продуктов, индустриализация строительства) вообще было бы невозможно без широкого применения алюминия.

Доминирующую часть суммарного мирового производства алюминия (около 83 %) составляют деформированные сплавы, в том числе не изготовление листов потребления около 43 %, прессованных полуфабрикатов - более 18%, а на производство проволоки и фольги - 7%. Кроме того, около 15% первичного алюминия идет на фасонное литье и около 1% расходуется на производство порошков и пудры.

Сочетания уникальных свойств алюминия - малая плотность, низкое электрическое и тепловое сопротивление, высокая пластичность, коррозийная стойкость, высокая механическая прочность обеспечивает широкое применение как чистого металла, так и сплавов на его основе.

Чистый алюминий благодаря своей пластичности нашел применение в производстве фольги, широко используемой для производства электролитических конденсаторов и упаковочных материалов для пищевых продуктов (чай, молочные продукты, кондитерские изделия). Благодаря дешевизне и высокой проводимости алюминий практически полностью вытеснил медь из производства проводниковой продукции (установочные и обмоточные провода, кабели, шинопроводы и пр.).

Однако подавляющее количество алюминия используется в виде сплавов, которые обладают высокими механическими свойствами и в зависимости от применения делятся на две большие группы - деформируемые (около 80% от общего объема производства сплавов) и литейные (около 20%).

Деформируемые сплавы подвергают горячей и холодной обработке давлением, поэтому они должны обладать высокой пластичностью. Из деформируемых сплавов широкое применение нашли дуралюмины -- сплавы алюминия с медью, магнием и марганцем. Имея небольшую плотность, дуралюмины по механическим свойствам близки к мягким сортам стали. Из деформируемых алюминиевых сплавов, а также из чистого алюминия в результате обработки давлением (прокатка, штамповка) получают листы, полосы, фольгу, проволоку, стержни различного профиля, трубы. Расход алюминия на изготовление этих полуфабрикатов составляет около 70 % его мирового производства. Остальной алюминий применяется для изготовления литейных сплавов, порошков, раскислителей, а также для других целей.

Из литейных сплавов получают фасонные отливки различной конфигурации.

Широко известны литейные сплавы на основе алюминия--силумины, в которых основной легирующей добавкой служит кремний (до 13%).

В настоящее время алюминий и его сплавы используют практически во всех областях современной техники. Важнейшие потребители алюминия и его сплавов--авиационная и автомобильная отрасли промышленности, железнодорожный и водный транспорт, машиностроение, электротехническая промышленность и приборостроение, промышленное и гражданское строительство, химическая промышленность, производство предметов народного потребления.

Использование алюминия и его сплавов во всех видах транспорта и в первую очередь -- воздушного позволило решить задачу уменьшения собственной (“мертвой”) массы транспортных средств и резко увеличить эффективность их применения. Из алюминия и его сплавов изготовляют авиаконструкции, моторы, блоки, головки цилиндров, картеры, коробки передач, насосы и другие детали.

Алюминием и его сплавами отделывают железнодорожные вагоны, изготовляют корпуса и дымовые трубы судов, спасательные лодки, радарные мачты, трапы.

Широко применяют алюминий и его сплавы в электротехнической промышленности для изготовления кабелей, шинопроводов, конденсаторов, выпрямителей переменного тока. В приборостроении алюминий и его сплавы используют в производстве кино- и фотоаппаратуры, радиотелефонной аппаратуры, различных контрольно-измерительных приборов.

Благодаря высокой коррозионной стойкости и нетоксичности алюминий широко применяют при изготовлении аппаратуры для производства и хранения крепкой азотной кислоты, пероксида водорода, органических веществ и пищевых продуктов. Алюминиевая фольга, будучи прочнее и дешевле оловянной, полностью вытеснила ее как упаковочный материал для пищевых продуктов. Все более широко используется алюминий при изготовлении тары для консервирования и храпения продуктов сельского хозяйства, для строительства зернохранилищ и других быстровозводимых сооружений. Являясь одним из важнейших стратегических металлов, алюминий, как и его сплавы, широко используется в строительстве самолетов, танков, артиллерийских установок, ракет, зажигательных веществ, а также для других целей в военной технике.

Алюминий высокой чистоты находит широкое применение в новых областях техники -- ядерной энергетике, полупроводниковой электронике, радиолокации, а также для защиты металлических поверхностей от действия различных химических веществ и атмосферной коррозии. Высокая отражающая способность такого алюминия используется для изготовления из пего отражающих поверхностей нагревательных и осветительных рефлекторов и зеркал.

В металлургической промышленности алюминий используют в качестве восстановителя при получении ряда металлов (например, хрома, кальция, марганца) алюмотермическими способами, для раскисления стали, сварки стальных деталей.

Широко применяют алюминий и его сплавы в промышленном и гражданском строительстве для изготовления каркасов зданий, ферм, оконных рам, лестниц и др. В Канаде, например, расход алюминия для этих целей составляет около 30 % от общего потребления, в США-- более 20 %.

По масштабам производства и значению в народном хозяйстве алюминий прочно занял первое место среди других цветных металлов.

2. СПЕЦ. ЧАСТЬ

2.1 Виды электродных изделий и требования к ним

Углеродистые электроды и изделия в зависимости от способа их изготовления подразделяют на прессованные обожженные и непрерывные самообжигающиеся.

Блоки анодные обожженные применяют в качестве анодов в алюминиевых электролизерах. Каждый такой анод представляет собой призматический блок, па верхней плоскости которого имеется одно или несколько ниппельных гнезд (углублений). Для подвода тока к аноду служат стальные ниппеля, которые вставляют в ниппельные гнезда и заливают расплавленным чугуном или заделывают углеродистой пастой. Размеры обожженных анодов зависят от размеров электролизеров. Для мощных электролизеров в нашей стране выпускают аноды сечением 1450х700 мм и высотой 600 мм.

Анодные блоки изготавливают из малозольных и малосернистых коксов.

Блоки угольные подовые, служащие для футеровки подины (катода) алюминиевых электролизеров, имеют форму призмы шириной 550 мм, высотой 400 мм ч длиной от 600 до 2400 мм. На одной из плоскостей катодного блока по его длине имеется паз для заливки чугуном или заделки стального стержня, который служит для отвода тока от катода.

Механическая прочность на сжатие подовых блоков должна быть не менее 22,6 МПа, пористость не более 22 %, удельное электросопротивление не более 90.10-6 Ом.м.

Для футеровки подии мощных электролизеров изготавливают углеграфитовые половые блоки. В результате добавки графита значительно уменьшается электросопротивление блоков. Углеграфитовые блоки должны иметь электросопротивление не более 60.10-6 Ом.м и механическую прочность на сжатие не менее 25,6 МПа.

Блоки угольные боковые применяются для внутренней футеровки боковых стенок алюминиевых электролизеров. Эти блоки изготовляют толщиной 200 мм, высотой 550 мм н длиной от 600 до 800 мм. Механическая прочность на сжатие угольных боковых плит должно быть не менее 22,5 МПа.

Анодная масса используется в алюминиевых электролизерах с непрерывными самообжигающимися анодами. Такой анод состоит из металлического кожуха с анодной массой, которую по мере сгорания загружают в кожух. Под действием выделяющегося в электролизере тепла анодная масса обжигается. Выпускается анодная масса в брикетах или в расплавленном состоянии.

Анодная масса не должна содержать посторонних твердых включений и иметь определенную текучесть, характеризуемую коэффициентом текучести. Коэффициент текучести определяют по величине деформации поперечного сечения образца цилиндрической формы после его нагрева до 170°С в течение 30 мин н находят как отношение диаметра нижнего основания деформированного образца к первоначальному его диаметру. Этот коэффициент должен составлять 1,7--2,7.

Подовая угольная масса предназначена для набивки так называемой подушки, на которую устанавливают катодные блоки в алюминиевых электролизерах, а также швов между катодными блоками. В зависимости от исходного сырья готовят подовую массу двух видов: антрацитовую и коксовую.

Обожженные угольные электроды применяют для подпола тока в шихте и дуговых электропечах; электроды имеют форму цилиндра. В зависимости от марки и диаметра удельное электрическое сопротивление обожженных угольных электродов должно быть не более (40--53).10-6 Ом.м и предел механической прочности на сжатие не менее 19,6--24,6 МПа.

В алюминиевой промышленности применяются также графитированные электроды, которые отличаются от угольных повышенной химической и термической стойкостью, а также низким удельным электросопротивлением. Удельное электрическое сопротивление графитированных электродов в зависимости от их марки и диаметра должно быть не ниже (7,5?12).10-6 Ом.м, а предел механической прочности при разрыве не ниже 2,9--3,4 МПа.

2.2 Производство анодной массы и др. электродов

Технологическая схема производства электродных изделий показана на рис. 2 - стр. 37 Анодную и подовую массу обычно получают непосредственно на алюминиевыx заводах, а прессованные обожженные изделия--как на алюминиевых заводах, так и на специализированных (электродных) заводах.

Поступающие на завод углеродистые материалы хранят раздельно по видам.

Твердые углеродистые материалы дробят, а затем прокаливают при высокой температуре для удаления летучих веществ из углеродистого материала до усадки. Это необходимо сделать до обжига, чтобы избежать появления третий и готовых изделиях. Кроме того, и результате прокаливания понижается реакционная способность углеродистого материала к кислороду воздуха, повышается его электропроводность и механическая прочность. Содержание летучих веществ в прокаленном материале не должно превышать 0,15-0,2 %.

Для прокаливания твердых углеродистых материалов применяют трубчатые вращающиеся и ретортные печи. В трубчатых вращающихся печах топочные газы ч прокаливаемый материал соприкасаются.

Необходимое для прокаливания тепло выделяется в основном при сгорании летучих веществ частично -- при сжигании мазута или газообразного топлива. Прокаленный материал из печи поступает в барабанный холодильник, где охлаждается до температуры не выше 100 °С. Трубчатые вращающиеся печи просты по устройству и в эксплуатации; основной их недостаток - большие потери материала при ею прокаливании за счет угара и пылеуноса, которые возрастают с повышением содержания мелочи в сыром коксе.

В ретортных печах материал нагревается через стенки реторт без доступа воздуха. Материал поступает в вертикальные реторты сверху и, перемещаясь вниз, проходит зоны подогрева, прокалки и охлаждения. В качестве топлива используются выделяющиеся при прокалке летучие, которые сжигаются в горелке. Для достижения необходимой температуры к летучим подмешивают газообразное топливо извне.

В ретортных печах возможно получение равномерно прокаленного углеродистого материала при небольшом его угаре.

Однако ретортные печи имеют малую производительность и характеризуются большими трудовыми затратами при обслуживании, поэтому имеют ограниченное применение.

Трубчатые вращающие и ретортные печи обеспечивают прокалку материала при 1250--1300 °С. Прокаленный при этой температуре пековый кокс при изготовлении анодной массы имеет истинную плотность 1,99--2,03 г/см3 и удельное электросопротивление в порошке не более 650.10-6 Ом.м. При необходимости достижения более высокой температуры прокалки применяют электрокальцинаторы.

Прокаленные твердые углеродистые материалы измельчают и классифицируют по крупности на несколько фракций. Применение углеродистых частиц различной крупности позволяет получать электроды с необходимыми пористостью и механической прочностью. Для каждого вида электродных изделий оптимальный гранулометрический состав находят опытным путем.

Вид твердых углеродистых материалов, используемых для получения электродных изделий, зависит от назначения этих изделий. Анодную массу изготовляют из прокаленных искового и нефтяного коксов или из их смеси. Сухую шихту для прошивных катодных блоков и боковых плит составляют из термоантрацита или антрацита, графита, угольного боя и литейного кокса. Для изготовления подовой антрацитовой массы используют термоантрацит или антрацит, литейный кокс и графит.

Прокаленный материал измельчают в несколько приемов Для дробления его дo крупности 25 мм обычно применяют валковые, молотковые и конусные дробилки, дня тонкою измельчения -- шаровые мельницы сухого помола. Измельченный углеродистый материал рассеивают на вибрационных грохотах на фракции нужной крупности, которые поступают в сортовые бункера и далее--на дозировку и смешение в соответствии с принятым гранулометрическим составом.

Поступающий на завод каменноугольный пек хранят в пекоплавителях, где он нагревается до нужной температуры и обезвоживается

Цель смешения твердых углеродистых материалов со связующим -- получение тестообразной углеродистой массы, в которой каждое твердое зерно покрыто тонкой пленкой связующего. Для смешения применяют смесильные машины периодического и непрерывного действия.

Смесильная машина периодическою действия состоит из стальной чаши с крышкой и паровой рубашкой внутри смесителя имеются две Z-образные лопасти, вращающиеся в противоположные стороны. Твердые углеродистые материалы загружают в предварительно нагретый смеситель и перемешивают. Затем в смеситель подают связующее в расплавленном состоянии, и сухую шихту перемешивают со связующим до получения однородной массы.

В смесителе непрерывного действия сухая шихта с расплавленным связующим перемешивается одновременно перемещается с помощью вращающихся снеков, находящихся внутри металлического кожуха с паровой рубашкой. Перемешанная масса непрерывно выгружается из смесителя через фильеру. Перед смещением со связующим сухая шихта перемешивается и подогревается в электрическом смесителе-подогревателе до температуры не ниже 80 °С. Применяются также смесильные установки, нагрев электродной массы в которых осуществляется с помощью высокотемпературного органического теплоносителя.

Необходимое количество связующего зависит от вида твердых углеродистых материалов, их гранулометрического состава, а также от назначения углеродистой массы. В углеродистую массу, предназначенную для изготовления прессованных изделии, вводят примерно 20--22 % связующего, в анодную массу 27--31 %.

Готовые анодную и подовую массы формуют в брикеты или транспортируют в электролизный цех в специальных кабелях в расплавленном состоянии.

Углеродистая масса, предназначенная для изготовления изделий, поступает на прессование.

Прессованные электроды получают различными способами штамповкой в глухую матрицу на гидравлических анодных прессах, прошивкой на прошивных гидравлических прессах и прессованием с одновременной вибрацией на вибропрессах. По первому способу углеродистую массу прессуют при помощи поршня, входящего в замкнутую матрицу. Спрессованный электрод выталкивается из матрицы другим поршнем. По способу прошивки массу продавливают через мундштук, имеющий форму и размеры поперечного сечения электродного изделия. Мундштук для прессования катодных блоков имеет специальною насадку, что позволяет получать блоки с готовым пазом. Основным конструктивным элементом виброустановки является вибростол, установленный на пружинах.

На столе смонтирована пресс форма, в которую загружают углеродистую массу Необходимое давление на массу создается пуансоном, который свободно перемещается в вертикальном направлении. Затем столу сообщаются колебательные движения (вибрация) в результате вращения закрепленных на столе валов с дебалансами. По окончании вибрации поднимают пуансон и выталкивают электрод Вибропрессовые остановки по сравнению с гидравлическими прессами имеют меньший вес и позволяют получать аноды высокого качества.

При прессовании массы из нее удаляется воздух, твердые углеродистые частицы сближаются и пустоты между ними заполняются связующим Масса приобретает большую плотность, которая сохраняется и после прекращения давления Удельное давление при прессовании не должно превышать значении при которых происходит разрушение твердых зерен углеродистых материалов и обычно составляет 20--40 МПа.

Прессованные, но не обожженные электроды, называют “зелеными”. Их выдерживают не менее 24 ч па воздухе, что необходимо для снятия внутренних напряжении, возникающих в электродах в процессе прессования

Обжиг “зеленых” электродов состоит в их постепенном нагреве без доступа воздуха до 1300--C, выдержке при этой температуре и медленном охлаждении.

При обжиге происходит удаление летучих веществ и коксование связующего Образующийся кокс прочно связывает зерна твердых углеродистых материалов Электрод становится механически прочным, возрастают его электропроводность и истинная плотность.

Большая скорость подъема температуры при обжиге может вызывать образование трещин в электроде и его деформацию. Особенно медленным должен быть подъем температуры при нагреве изделий до 800? когда происходит удаление летучих веществ из связующего и его коксование. Охлаждение обожженных электродов должно быть также достаточно медленным, чтобы не произошло растрескивание электродов вследствие уменьшения их объема. Общая продолжительность обжига, включая нагрев и охлаждение электродов, составляет от 15 до 30 сут. Она зависит прежде всею от размеров обжигаемых изделий и для каждого вида изделии находится опытным путем.

Обжиг осуществляют в кольцевых многокамерных печах -- закрытых или открытых, аналогичных печам для обжига огнеупорного кирпича Чисто камер в закрытой печи в зависимости от ее производительности составляет от 20 до 60. Каждая камера разделена вертикальными перегородками на пять кассет, в которые загружают обжигаемые электроды. Сверху камеры закрываются съемными сводами. Электроды нагреваются теплом топочных газов, которые движутся по каналам в перегородках и боковых стенках камер. В качестве топлива применяется природный газ и мазут.

На первоначальной стадии нагрева происходит размягчение электродов, что может привести к их деформации под действием собственного веса. Для предотвращения деформации обжиг проводят в пересыпке, состоящей из прока пенного кокса крупностью 1--5 мм. Пересыпку засыпают на подину камер, в пространство между электродами и стенками кассет, а также сверху на электроды.

В ряде случаев применяют графитированные электроды, например в качестве катодов в электролизерах для электролитического рафинирования алюминия.

Такие электроды получают из угольных электродов путем их нагрева до температуры порядка 2500 °С. При нагреве до такой температуры так называемый “аморфный” углерод превращается в кристаллический графит. Присутствующие в электроде минеральные примеси образуют карбиды, которые при высокой температуре диссоциируют, при этом кремнии, железо и другие металлы удаляются в парообразном состоянии.

В результате графитирования в 4--5 раз снижается электрическое сопротивление электродов, в 8--10 раз уменьшается содержание в них золы, возрастает пористость и истинная плотность н уменьшается механическая прочность

Графитирование осуществляют в электрических печах сопротивления, в которых рабочим сопротивлением являются сами графитированные электроды. Cилу тока при графитировании изменяют от нескольких тысяч ампер в начале процесса до 20 000 А и даже выше в конце графитации. Полная продолжительность графитирования, включая процессы загрузки и разгрузки, составляет примерно 180 ч.

3. КПВО (карта пошагового выполнения операции)

3.1 Отчерпывание электролита из электролизера в урны

Как известно, образующийся в процессе электролиза алюминий скапливается в шахте ванны под слоем электролита. Для поддержания нормального технологического режима и превращения алюминия в товарную продукцию его периодически извлекают (выливают) из электролизера. Современные электролизеры средней мощности нарабатывают в сутки 550--700 кг алюминия, а большой мощности--до 1200кг. В зависимости от принятой технологии и с учетом трудовых затрат выливку алюминия из ванн осуществлять по различным графикам. В отечественной промышленности наибольшее распространение получил график, предусматривающий выливку из ванн алюминия через двое суток; в отдельных случаях выливку ведут ежедневно.

Выливку металла из ванн осуществляют под разрежением специальными вакуумными ковшами, которые транспортируются при помощи электромостовых кранов или специальными самоходными машинами. К стальному корпусу вакуумного ковша, футерованному огнеупорным кирпичом, при помощи фланцевых соединений монтируются съемная заборная труба из чугуна.

На верхней крышке ковша имеется герметизированный люк для извлечения застывшего расплава при чистке ковша. С противоположной от заборной трубы стороны в корпусе ковша предусмотрено смотровое отверстие для наблюдения за ходом наполнения вакуум-ковша.

После монтажа футеровки вакуум-ковш тщательно просушивают, а перед началом выливки прогревают.

Для создания в ковше разрежения принимают различные схемы. Наибольшее распространение получили схемы централизованного создания вакуума в специально оборудованных высокопроизводительными вакуум-насосами отделениях электролизного цеха. В этом случае от вакуумных станций во все корпуса проводят трубопроводы, называемые вакуум-линиями. При помощи гибкого шланга вакуум-ковш подключают к такой линии и в него засасывается металл. Существуют схемы создания разрежения установленными на каждом ковше вихревыми насосами. Для этого применяют линии сжатого воздуха, имеющиеся в корпусах, а на вакуум-ковше устанавливают эжектор.

Выливку металла из электролизера осуществляют через пробиваемое в корке электролита отверстие -- “летку”; место для выливки металла для каждого электролизера строго постоянно.

В этом месте форму настыли поддерживают в состоянии, позволяющем беспрепятственно выливать металл. Для уменьшения вероятности заплавления конца заборной трубы вакуум-ковша подину ванны в районе “летки” перед выливкой очищают от осадка.

Операции выливки металла выполняют в следующей последовательности:

К подготовленному для выливки электролизеру подвозят полностью смонтированный вакуум-ковш и его заборную трубу опускают под слой электролита на глубину не менее 100 мм. При этом внимательно следят, чтобы конец трубы не коснулся подины ванны. Затем уплотняют смотровое отверстие и одновременно подключают ковш к системе, создающей внутри него разрежение. За счет созданного в ковше разрежения металл всасывается в ковш. За поступлением в ковш металла следят через смотровое отверстие.

По мере уменьшения алюминия в электролизере на нем возрастает напряжение вследствие роста сопротивления увеличивающегося междуполюсного зазора. Поэтому одновременно с выливкой опускают анод с таким расчетом, чтобы напряжение все время не превышало нормального значения более чем на 0,2 В. Во время выливки внимательно следят за тем, чтобы анод опускался равномерно по всей шахте ванны. Не допускается зависание анода на корке электролита и касание его заборной трубы во избежание ее прогорания.

Количество вылитого металла из ванны определяют через смотровое окно по заполнению ковша, объем которого известен. Для более точного определения вылитого металла применяют специальные устройства, позволяющие взвешивать ковш по время выливки.

После окончания выливки “летку” и обрушившиеся места корки электролита заделывают глиноземом, на электролизере устанавливают нормальное рабочее напряжение. Вакуум-ковш с металлом транспортируют либо к месту переливки металла в литейные ковши открытого типа, либо в приемную печь литейного отделения.

4. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

4.1 Разработка производственной программы

В условиях становления и развития рыночных отношений Комитетом Российской Федерации по металлургии, разработана концепция акционирования и приватизации предприятий металлургической промышленности, которая в качестве основы приватизации выдвинула решение следующих важнейших задач:

1. Сохранение оптимальных технологических связей, позволяющих эффективно использовать имеющийся в металлургическом комплексе производственный потенциал;

2. Создание и развитие конкурентной среды;

3. Привлечение финансовых средств для технического перевооружения предприятий.

В процессе реализации этих задач все предприятия металлургической промышленности (вне зависимости от масштабов производства и численности персонала должны быть отнесены к федеральной собственности и преобразованы в акционерные общества как объекты федеральной собственности. Закрепленные в собственность федеральных органов пакеты акций будут использованы для проведения единой государственной политики, направленной на формирование сбалансированности рыночного металлургического комплекса, на стабилизацию производства и создание условий для ускоренной интеграции в мировую экономику.

Обязательное государственное регулирование и непосредственное участие государства в деятельности металлургической промышленности подтверждается опытом развитых промышленных стран, где третья часть выпускаемой в этих странах стали производится компаниями, находящимися в государственной собственности.

Создание межгосударственных компаний в металлургической промышленности должно способствовать выходу из кризиса и, помимо разрешения имеющихся проблем, позволит обеспечить общий внутренний рынок отдельными дефицитными видами металлопродукции и сократить импорт их из третьих стран, а также успешно конкурировать на внешних рынках металлопродукции.

Промышленный рост, начавшийся в России в последние годы, а также более четко сформулированная правительственная политика, направленная на восстановление потенциала в ряде отраслей, в том числе и в высокотехнологичных, производящих продукцию военно-промышленного комплекса, способны дать предприятиям цветной металлургии еще один толчок к бурному росту. Активно растущие отрасли, такие как автомобильная, строительная индустрия потребляют все больше проката цветных металлов. Например, для автомобильной промышленности применение норм экологического контроля, принятого в странах Запада, приведет к ряду структурных изменений. Помимо отказа от использования карбюраторных двигателей, в будущем возможно использование и более современных двигателей, радиаторов, контактов и т.п. Не случайно УГМК включила недавно в свою структуру ШААЗ и Оренбургский радиатор, сделав ставку на будущий спрос со стороны автостроителей. У строительных организаций схожая картина: повсеместная замена небезопасных алюминиевых кабелей на более качественные медные, более активное применение медной кровли и труб также стимулируют рост производства медного проката и катанки.

В целом, рассматривая долгосрочные перспективы развития отрасли, стоит отметить следующие ключевые направления:

* Быстрый рост производства полуфабрикатов, потребляемых автомобильной промышленностью (прецизионные медные и латунные ленты для радиаторов, латунные прутки повышенной точности для обработки резанием, бронзовые полосы для подшипников).

* Расширение производства медных труб для систем водоснабжения и кондиционирования, в том числе со сложным профилем (внутреннее оребрение, с полимерным и пластиковым покрытием). В данном сегменте темпы роста могут достигать десятки процентов в год.

* Быстрый рост потребления тонких лент из бронз и медно-никелевых сплавов, используемых при производстве продукции электроники (компьютеры, телефаксы, копировальная техника, сотовые и радиотелефоны).

* В то же время ожидается и значительное сокращение сегмента медных проводов и лент из медных сплавов в продукции электроники из-за миниатюризации аппаратуры, применения многоканальных систем (до 96 каналов связи по одному проводу), обострения конкуренции со стороны стекловолоконных проводников.

* Уменьшение удельного расхода медных полуфабрикатов в машино- и станкостроении из-за снижения массы оборудования и применения материалов-заменителей (алюминий, нержавеющие стали, пластмассы, композиты).

* Расширение применения конденсаторных труб из медно-никелевых сплавов взамен латунных труб для тепловых и атомных электростанций в связи с повышенными требованиями к коррозионной стойкости охлаждающих элементов.

Таким образом, непростое состояние промышленности по обработке цветных металлов является прямым следствием происходящих в стране и мире трансформаций. Идя в ногу со временем, предприятия цветной металлургии пытаются применять новые технологии производства и маркетинга, однако главный ограничивающий их рост фактор - отсутствие адекватного спроса потребителей. Решить проблему обрабатывающих цветные металлы предприятий в одночасье не удастся. Тем не менее задекларированный правительством вектор развития, предусматривающий рост производства в потребляющих секторах, способен оказать благотворное влияние и на развитие отрасли по обработке цветных металлов. Остается надеяться, что этот рост произойдет уже в ближайшей перспективе, поскольку запас прочности работающих в отрасли предприятий постоянно снижается.

5. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ

Право на безопасный труд является одним из основных прав рабочих, которое гарантируется Конституцией Российской Федерации. Под охраной труда в соответствии с “Основами законодательства РФ об охране труда” понимается “система обеспечения безопасности жизни и здоровья работников в процессе трудовой деятельности, включающая правовые, социально - экономические, организационно - технические, лечебно - профилактические, реабилитационные и иные мероприятия”. Рассмотрим основные положения по организации этой работы.

5.1 Санитарно-гигиенические характеристики условий труда

Выделяющиеся в атмосферу корпуса газообразные вещества воздействуют на обслуживающий персонал и создают возможность профессионального заболевания. Поэтому содержание таких соединений в атмосфере рабочей зоны строго лимитировано, а их предельно допустимые концентрации приведены ниже:

Существенное влияние на условия труда в корпусах оказывает выделение тепла от электролизеров, в результате чего в летний период температура на рабочих местах, особенно в одноэтажных корпусах и при многорядном расположении ванн, не редко превышает 50 0С, а зимой практически не отличается от наружной температуры вследствие большого воздухообмена.

Влажность воздуха на рабочих местах определяется влажностью наружного воздуха.

Отдельные технологические и ремонтные операции, проводимые в цехе, сопровождаются значительным шумом, который воздействует на органы слуха и на организм в целом.

Выполнение некоторых операций (работа на самоходных машинах по обслуживанию ванн, при использовании переносных машин по забивке штырей на ваннах с БТ, пневмоинструмента и пр.) связана с воздействием вибрации на рабочего. Эти факторы не являются постоянно действующими и при нормальном состоянии техники и технологии не превышают допустимых норм.

Характерная особенность электролитического производства алюминия - термическое воздействие и, как следствие, ожогов тела человека. Ожоги возможны при расплескивании расплава из ванны под воздействием выделяющихся газов, при работе по выливке и переливке жидкого металла, при соприкосновении с раскаленными частями технологического оборудования и инструмента и пр.

Использование значительных количеств различных химических веществ не исключает возможность отравления организма работающих и получения профессионального заболевания.

Перемещение большого количества сырья, инструмента, готовой продукции и отходов производства, выполняемого с помощью различных подъемных и транспортных устройств, связано с потенциальной опасностью непреднамеренного наезда на человека, опрокидывания, обрыва и падения груза, что также представляет опасность для здоровья.

Наиболее опасным производственным фактором в корпусе является возможность поражения человека электрическим током, так как практически все части электролизера имеют значительный потенциал (до 850 В) по отношению к земле или заземленным предметам. Кроме технологической электроэнергии в корпусе имеются линии переменного тока, от которых питаются различные транспортные машины (краны, МНП), а также сети, обслуживающие электродвигатели, установленные на электролизерах. Поэтому при нарушениях правил электробезопасности всегда имеется возможность поражения человека электрическим током. Кроме того, в цехе эксплуатируются большое количество трубопроводов, находящихся под давлением, применяются баллоны со сжиженными газами, что также может стать источником травматизма.

Несмотря на применяемые меры по улучшению условий труда у работников электролизных цехов, в отдельных случаях возникают профессиональные заболевания, и основным из них является флюороз, который вызывается отложением солей фтора в костях. Наиболее часто флюороз выражается в поражении суставов, желудочно-кишечного тракта, зубов и печени. У рабочих, длительно контактирующих с пеком, могут возникнуть различные кожные заболевания. Постоянное совершенствование техники и технологии производства алюминия приводит к снижению риска профессионального заболевания.

5.2 Электробезопасность

Рассмотрим основные вопросы электробезопасности в цехах электролиза. Как уже было сказано выше, эдектролизы соединяются последовательно в большие группы - (серии) и и подключаются к кремниевой преобразовательной подстанции (КПП). Число ванн на серии зависит от конструкции электролизера и величины напряжения, которое может обеспечить КПП, и достигает 200 шт. Все конструктивные инструменты электролизеров надежно изолированы от земли и заземленных конструкций. Но проведение технологических операций по обслуживанию ванн приводит к полным или частичным замыканиям ванн на землю и возникновению токов утечки, которые могут достигать значительных величин. Точки утечки проходят по подземным сооружениям (трубопроводы, железобетонные конструкции, оболочки кабелей и пр.), их выход во влажный грунт сопровождается электрохимической коррозией, которая разрушает вышеуказанные сооружения и способствует возникновению аварий. Нарушение изоляции электролизеров приводит к тому, что одновременное прикосновение к конструкциям, находящимся под протеканием электрического тока через тело человека. Сила тока выше 0,1 А является смертельной для человека, и поэтому безопасным считается напряжение не более 36 В, а в некоторых случаях (работа внутри металлических сосудов и пр.) допускается применением напряжения не более 12 В.

Лица не электротехнических специальностей могут обслуживать электрифицированные устройства (станки, переносные приборы и инструменты и пр.) только после производственного инструктажа, в том числе по электробезопасности.

Для защиты персонала от поражения электрическим током, протекающим по электролизерам, предусматриваются различные мероприятия.

Электрическая изоляция. Электролизные корпуса представляю собой сложные инженерные сооружения, и необходимость защиты людей от поражения электрическим током предопределяет необходимость разработки множества изоляционных узлов. Сложность заключается в том, что приходится изолировать от земли многотонные строительные конструкции.

Особую опасность представляет появление потенциалов земли на конструкциях шинного канала в одноэтажных корпусах при выполнении таких операций, как чистка каналов от пыли, сварочные работы при капитальном и текущем ремонтах катодных кожухов и ошиновки.

Стальные вентиляционные решетки, которые располагаются вдоль корпусов, укладываются на изоляционные прокладки. Катодные кожухи и ошиновка устанавливаются на конструкции с прокладками из электроизоляционного материала - чаще всего асбоцемента. Электролизеры от стен устанавливают на расстоянии не менее 4 м, а между рядами электролизеров расстояние должно быть не менее 7 м. Металлические перекрытия шинных каналов (рифленки) крепят одним концом к катодному кожуху, и поэтому они находятся под потенциалом ванны. Трубопроводы и газоходы устанавливают в корпусе на высоте более 3,5 м, и все трубопроводы и газоходы должны иметь электроизоляционные вставки через каждые 40 м, а газоходы каждой ванны соединяются с общим газоходом через электроизоляционную вставку.

Разделительные трансформаторы. Питание электродвигателей, установленных на конструкциях электролизера (механизмы подъема анодов, анодных рам и штор), осуществляется через разделительные трансформаторы, у которых вторичная обмотка не заземлена. Это позволяет исключить попадание постоянного тока в сеть переменного тока, что могло бы привести к тяжелым авариям в питающих трансформаторах. Поэтому такие разделительные трансформаторы устанавливаются на две ступени: обеспечивающие потребителей в корпусе напряжением 380/220 В, а трансформаторы второй ступени - непосредственно в корпусе и к ним подключаются 4-8 электролизеров. При необходимости проведения ремонтных работ на электролизерах сварочные трансформаторы и другой электрифицированный инструмент подключается через эти же разделительные трансформаторы. В системах АСУТП смонтированы устройства, позволяющие фиксировать ухудшение электроизоляции между обмоткой двигателя и сетью постоянного тока.

Грузоподъемные механизмы мостовых кранов (крюки, штанги, механизмы на комплексных кранах) должны иметь тройную изоляцию от моста крана, который перемещается по не изолированным от земли подкрановым путям - рельсы, тележки изолируются от моста крана. Механизмы, установленные на тележки, изолируют от ее корпуса, и крюк изолируют от обоймы. Каждая ступень изоляции должна иметь сопротивление не менее 1,5 Мом, измененное переносным мегомметром напряжением 1000 В.

В процессе эксплуатации изоляция периодически очищается от пыли и грязи и ее состояние контролируется электрослужбой.

5.3 Техника безопасности при обслуживании электролизеров

Персоналу необходимо знать, что обслуживание ванн должно проводиться в исправной спецодежде и валенках, а работы, связанные с расплавом (пробивка корки, подгартывание глинозема, гашение анодных эффектов, выливка металла, переплавка холодного металла и пр.) должны выполняться в опущенной на лицо и надежно закрепленной шляпе с защитными очками. Все работы в корпусе ведутся в респираторе.

Обжиг и пуск электролизеров. В зависимости от способа пуска электролизеров (новых или после капитального ремонта), их типа (БТ, ВТ, ОА) и способа и способа обжига условия и безопасности труда в корпусе имеют свои особенности. При пуске новых серий с СОА главной особенностью являются резко повышенная загазованность погонами пека, образующаяся при формировании анодов. Объем работ при пуске новых серий всегда больше, а условия труда всегда хуже, чем при пуске ванн после капитального ремонта.

Перед пуском электролизеры тщательно проверяются всеми специалистами цеха - технологами, механиками и электриками. Пространство вокруг электролизера и шинные каналы очищаются от посторонних предметов и мусора, подготавливаются необходимый технологический инструмент, сырье и металлы, потребность в которых может возникнуть в период обжига и пуска (асбест, изоляционные прокладки, оборотный электролит, фториды и пр.).

Часто контроль над распределением тока по подине осуществляют путем определения величины тока, текущего по блюмсам, для чего открывают рифленки. Проводить такие замеры можно лишь под присмотром технологического персонала; после замеров шинные каналы должны быть закрыты, так как санитарно-гигиенические условия труда в этот период очень тяжелые, что повышает вероятность травматизма.

При пуске заливать металл и электролит в ванну значительно проще, так как не требуется формировать новый анод. Пуск таких ванн не отличается от пуска новых ванн, но подина и анод при пуске на жидком металле, особенно в зимнее время, должны быть прогреты с целью удаления влаги и предотвращения взрывов. В процессе пуска ванна должна быть огорожена, и весь персонал, не участвующий в операциях по пуску, должен быть удален за ограждения.

В послепусковой период меры безопасности не отличаются от требований для нормально работающих ванн.

Пробивка корки электролита является одной из основных операций по обработке ванны. В зависимости от типа электролизера для выполнения этой операции применяются те или иные машины.

Основная опасность при выполнении этих операций заключается в воздействии на человека высокой температуры, а также возможности ожогов в результате выброса электролита. Как показывает практика, в ходе этих операций происходят несчастные случаи из-за наезда машин на людей. Поэтому выполнять эти операции необходимо максимально внимательно и осторожно.

При съеме с поверхности электролита скопившейся пены необходимо пользоваться прогретым инструментом, а при оплескивании шумовкой боковой поверхности анода следует находиться сбоку от оплескиваемого места.

Питание ванн сырьем производится разными способами и с применением различных машин. При перевозке глинозема в машинах типа МРС или им подобных необходимо быть внимательным, чтобы не сбить людей, так как скорость машин достаточно высока; за 5 м. перед проездами, поворотами и обгона людей и транспорта необходимо подать звуковой сигнал.

Сырье на корку следует засыпать только при переднем ходе машины; движение задним ходом допускается только при разворотах, въезде и выезде из-под силоса или стоянки.

Свежий глинозем или другое сырье не следует загружать на открытую поверхность электролита, так как сырье может содержать влагу или быть холодным, что может привести к взрыву. Засыпать свежий глинозем необходимо на предварительно прикрытую поверхность старым глиноземом, опустив течку как можно ближе к корке во избежание пыления.

Питание ванн фторидами производится зачастую вручную по индивидуальному графику. В ходе этих операций следует помнить, что фториды могут содержать от 0,6 до 6,0 % влаги, и потому необходимо их надежно прогреть до подачи в расплав. Фториды следует засыпать на корку электролита и присыпать сверху глиноземом, что в значительной мере предотвращает возгонку и потери трифторида алюминия.

Переплавка оборотного электролита и “козлов”. Для поддержания оптимальных технологических параметров, а также для повышения технико-экономических показателей в ваннах переплавляют твердый алюминий в виде чушек или отходов линейного производства. Одной из распространенных операций является переплавка извинченных из демонтированной ванны бесформенных плит (козлов), содержащих алюминий и электролит. Извлеченные из подины после ее охлаждения водой “козлы” содержат влагу, и поэтому их переплавка требует соблюдения особых предосторожностей. Переплавка “козлов” осуществляется только со стороны среднего прохода корпуса и с применением специальной подставки, которая придает “козлу” наклонное положение. Подставка подвозится краном и устанавливается передними ногами на борт ванны. Затем подвозится “козел” и осторожно опускается на корку электролита для просушки и подогрева в течение смены. Далее мостовым краном “козел” осторожно опускается в расчищенный от корки электролит до его соприкосновения с подиной, прислоняется к подставке и надежно закрепляется на ней. После оплавления нижней части “козел” опускается ниже и вновь закрепляется на подставке. Электролизер, на котором плавится “козел”, должен быть огражден, и должны быть выставлены предупредительные плакаты.

Переплавка отходов литейного производства производится в ванне после их прогрева на борту ванны или на корке электролита. При переплавке отходов на ваннах с ОА целесообразно снять один анод.

Чистка шинных каналов может выполнятся только по письменному разрешению мастера смены и после проведения замеров напряжения между днищем, стенками и арматурой шинного канала и токоведущими шинами, результаты которых заносятся в специальный журнал. Чистку канала можно начинать при наличии напряжения не выше 36 В; в противном случае необходимо изолировать опасные места деревом, резиновыми ковриками и пр. Непосредственно чистку каналов ведет бригада в составе не менее двух человек, причем наиболее опытный электролизник назначается производителем работ - наблюдающим - и отвечает за соблюдение членами бригады мер безопасности. Необходимо помнить, что под слоем пыли может оказаться оголенная арматура. Запрещается чистить каналы на ваннах, которые могут дать течь расплава в шинный канал.

Выливка металла из ванны производится с помощью вакуум-ковша, в котором создается разрежение (450-600 мм ртутного столба) при его подключении к вакуум-линии или эжекторам. Количество выливаемого металла задается старшим мастером корпуса на основе замеров уровня металла в ванне. Выливка из ванн, расположенных в корпусе продольно, осуществляется со стороны среднего прохода корпуса, как правило, 1 раз в двое суток; на ваннах большой мощности при поперечном их расположении в корпусе вылива производится ежедневно в торце ванны.

Перед выливкой ванна отключается от АСУТП, измеряются уровни металла и электролита, и 5-10 мин. до выливки очищается летка для установки вакуум-носка, куски корки подтягиваются к борту, а с поверхности электролита тщательно снимается пена. Выливку металла выполняет выливщик, который проходит специальный инструктаж по правилам безопасности. Электролизник в процессе выливки следит за изменением напряжения и, опуская анод, поддерживает его на заданном уровне, не допуская увеличения более чем на 0,2 В. После окончания выливки летка закрывается глиноземом. При проведении этой операции никакие другие работы на ванне не выполняются, а посторонние лица удаляются от ванн.

6. ГРАФИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

6.1. Таблица - Технические требования к качеству анодной массы

(ТУ 48-5-80-86)

Технические требования на анодную массу углеродистых марок АМ-0 и АМ-1 приведены ниже:

Содержание серы, %	0,9/1,4*
Содержание золы, %	0,5/1,0*
Временное сопротивление сжатию, МПа	30,0
Удельное электросопротивление, мкОМ·м	75
Пористость, не более, %	30
Влага, не более, %	0,9

*Цифры в числителе - для марки АМ-0, в знаменателе - для АМ-1.

Таблица 1 - Технические требования к качеству анодной массы

(ТУ 48-5-80-86)

Следует отметить, что по физико-механическим свойствам обожженная анодная масса на основе пековых коксов существенно превосходит показатели качества, регламентируемые ТУ. Например, механическая прочность достигает (40-50 МПА), удельное электросопротивление 40-50 мкОМ·м, пористость 26-28%. Обожженная масса на основе нефтяных коксов имеет показатели, близкие к приведенным.

Параметры представленные выше, отражают физические свойства анодной массы. Однако хорошие физические свойства еще не являются гарантией высоких эксплуатационных качеств анода, так как расход анода определяется в основном электрохимическими процессами.

6.2 Схема производства электродных изделий

Технология производства анодной массы подробно описана в Главе 2.2

Твердые углеродистые материалы

Дробление

Прокаливание

Размол

Классификация

Связующее

Дозировка и смешение

Углеродистая масса

Прессование Формовка

Обжиг Анодная масса

Прессованные

электроды

Рис. 1 - Схема производства электродных изделий

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Сегодня алюминий занял лидирующее положение в мире вреди конструкционных материалов и данная ситуация сохранится в будущем, подтверждением этого служат:

- уникальные свойства алюминия;

- применение в новых технологиях, упаковка пищевых продуктов;

- алюминиевый автомобиль;

- обеспеченность качественным сырьем на долговременную перспективу;

- возможность значительного снижения издержек его производства.

Преимущества алюминия перед другими конструкционными материалами выражается в следующем:

- сравнительно низкий для металлов удельный вес;

- высокая коррозионная стойкость;

- легкость формования и обработки;

- способность к стопроцентной вторичной переработке (при этом экономия энергии 95%);

- огнестойкость;

- высокая электропроводность;

- стойкость к низким температурам (при низких температурах он обладает даже более высокой прочностью, пластичностью и вязкостью).

Конструкции из алюминия требуют более низких затрат в течение срока службы и практически не требуют ремонта. Обладая хорошей гибкостью, алюминиевые конструкции эффективно несут нагрузки и значительно снижают затраты на сооружение фундаментов и опор. Это позволяет в сжатые сроки производить модернизацию строительных сооружений, мостов, путепроводов и т.п.

По оценке ведущих специалистов России в ближайшие годы прогнозируется, что Россия подойдет к отметке производства алюминия 3,5 млн. тонн в год, а в перспективе и 4 млн. т. в год.

Это расширение Саянского, Иркутского и Волховского алюминиевых заводов, строительство двух новых заводов (в Сибири и на Северо-западе страны), интенсификация действующего производства.

Россия имеет все предпосылки к тому, чтобы оставаться крупнейшим в мире экспортером алюминия, постепенно наращивая экспорт полуфабрикатов и изделий из алюминия.

Предположительно через 5-7 лет, экспорт алюминия сократится до 2 млн. тонн в год и на таком уровне установится на длительную перспективу.

ИСПОЛЬЗУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Тарарин С.В. «Электролиз расплавленных солей», М.: Металлургия, 1982.

2. Борисоглевский Ю.В., Галевский Г.В., Кулагин Н.М., Минцис М.Я., Сиратзутдинов Г.А., «Металлургия алюминия». М.: Металлургия, 1999.

3. Беляев А.И. «Металлургия легких металлов», М.: Металлургия, 1978.

4. «Цветные металлы» журнал №5, 1996.

5. Багров Н.М., Трофимов Г.А., Адреев В.В. «Основы отраслевых технологий: учебное пособие» СПБ. Издательство СПбГУЭФ 2006.

6. Матюнин В.М. Карпман М.Г., Фетисов Г.П. Материаловедение и технология металлов, 2002.

7. Лахтин Ю.М. «Основы металловедения» - учебник для техникумов М.: Металлургия 1988.

8. Д. Парфенов «Обработка цветных металлов: борьба противоречий» - издание Аналитического центра «Национальная металлургия» 2004.

9. Уткин Н.В. «Цветная металлургия» - учебник для ВУЗов по специальности «Металлургия цветных металлов» Челябинск 1988.

10. Материалы международной конференции: «Металлургия лёгких металлов на рубеже веков. Современное состояние и стратегия развития» (3-6 сентября 2001г.).