Металлургия алюминия (отчет по практике)
Электроды в широком смысле этого слова называют проводники, служащие для подвода электрического тока к среде, на которую он воздействует. Эта среда может быть водным раствором, расплавленным или твёрдым раскалённым веществом.
Электроды можно изготавливать из различных токоподводящих материалов, например железа, меди, угля и др.
Одним из наиболее крупным потребителем электродов является алюминиевая промышленность. Электроды здесь работают в весьма жёстких эксплутационных условиях (высокая температура, агрессивная среда в виде расплавленных солей и т.д.), поэтому они должны удовлетворять следующим основным требованиям:
1) выдерживать высокую температуру
2) иметь хорошую электропроводность, малую пористость и достаточную механическую прочность
3) обладать хорошей стойкостью против окисления кислородом воздуха и разъедания различными химическими веществами
4) содержать минимальное количество примесей
5) иметь правильную геометрическую форму
6) быть достаточно дешёвыми
Наиболее полно этим требованиям отвечают электроды из углеродистых материалов.
Сырьё, применяемое для производства углеродистых изделий.
Для производства углеродистых изделий применяют сырьё двух видов:
1) твёрдые углеродистые материалы, составляющие основу (скелет) электрода
2) связующие углеродистые материалы, которые заполняют промежутки между зёрнами углеродистых материалов и соединяют (цементируют) эти зёрна между собой при коксовании электрода в процессе обжига
Основным элементом, составляющим твердые и связующие углеродистые материалы, служит углерод. В настоящее время известны только две аллотропические формы твердого углерода: алмаз и графит. Так называемый аморфный углерод (уголь, антрацит, кокс, сажа и т.д.) представляет собой графит мелкокристаллической структуры. Под влиянием высоких температур кристаллы графита укрупняются. Наиболее резкое и наиболее интенсивное изменение размеров кристаллов графита в углях наблюдается при t выше 2000оС.
Технологическая схема производства анодной массы.
Дробление
Для дробления прокаленных коксов применяют высокопроизводительные молотковые и валковые дробилки. В качестве вспомогательного оборудования в некоторых случаях используют щёковые дробилки.
Молотковые дробилки
В цехах анодной массы молотковые дробилки применяются для предварительного дробления кокса перед прокаткой, а также для дробления прокаленного материала. Процесс дробления в них происходит по принципу удара и частичного истирания материала вращающимися с большой скоростью талами (молотками, билами). Общая схема устройства и принцип действия молотковой дробилки показан на рисунке 2.
Внутри прочного стального корпуса вращается на горизонтальном валу ротор с прикреплёнными к нему молотками. Поступающие через загрузочное отверстие куски материала разбиваются вращающимися в сторону их движения молотками и раздробленными выгружаются через щели колосниковой решётки, помещённой под ротором.
По числу установленных роторов молотковые дробилки подразделяются на однороторные и двухроторные, по способу закрепления молотков – со свободно закреплёнными и жёстко закреплёнными на роторе молотками. В зависимости от конструкции разгрузочной части различаются дробилки с колосниковыми решётками и без них, с полностью открытым для выхода дроблённого продуктом низом.
Конструкция однороторной многорядной дробилки показана на рисунке 3. Основной частью молотковой дробилки служит вращающийся ротор. Он состоит из вала 11 с неподвижно укреплёнными на нём дисками 13 и 14. Диски имеют отверстия, через которые пропущены стержни 12. На стержни свободно надеты молотки 1. Ротор заключён в стальной корпус 10. Внутри стенки корпуса защищены в стальной корпус 10. Внутренние стенки корпуса защищены от износа броневыми плитами. Под ротором расположена колосниковая решётка 4, состоящая из колосников трапецеидального сечения.
Руда поступает в дробилку через прямоугольное отверстие в верхней части корпуса. Ударами молотков куски руды дробятся и отбрасываются на броневые плиты. Мелкие куски проваливаются через зазоры колосниковой решётки, а более крупные додрабливаются в узком зазоре межу молотками и колосниковой решёткой. Величину этого зазора можно регулировать с помощью специального приспособления.
Валковые (вальцевые) дробилки
Измельчение материалов в валковых дробилках производится между двумя вращающимися на встречу один другому валками путём раздавливания и частичного истирания. Измельчаемый материал увлекается силой трения в щель между валками и дробится до величины зерна, соответствующего ширине этой щели. В зависимости от характера поверхности рабочих валиков различают дробилки с гладкими, зубчатыми и рифлёными валками. По принципу действия и конструктивному оформлению валковые дробилки наиболее эффективны для среднего и мелкого дробления (от 50 до 1 мм). Возможно, однако, применение таких дробилок, особенно с зубчатыми валками, и для крупного дробления.
На рисунке 4 показана двухвалковая дробилка с гладкой поверхностью валков. Для валка 1 и 2 одинакового диаметра закреплены на вращающихся навстречу один другому валах 3. Цапфы одного из валов расположены в неподвижных подшипниках 4, другого - в подвижных подшипниках 5. Последние могут перемещаться в горизонтальном направлении с помощью натяжных болтов 6 и гаек 7. За счёт перемещения подшипника 5 в горизонтальной плоскости производится регулирование зазора между валиками. Подшипники 5 удерживаются с помощью пружин 8, которые служат предохранительным устройством. В случае попадания между валками не дробящегося материала (металла, твёрдой породы) валок 2 отходит и размер щели возрастает до размера, достаточного для прохождения этого предмета. Тем самым предохраняются от закаливания и поломки основные узлы дробилки.
Загрузка материала производится через загрузочную воронку 9. Для нормального процесса дробления требуется определённая сила трения между кусками материала и поверхностью валков, под действием которой куски затягиваются в рабочее пространство между валками. Чтобы обеспечить это условие, диаметр валков выбирают в зависимости от крупности материала и его свойств (влажности, характера поверхности и др.) Для коксов при гладких валках, сдвинутых вплотную один к другому, диаметр валков должен быть приблизительно в 20 раз больше диаметра наибольших кусков, поступающих на дробление.
Щёковые дробилки
В щёковой дробилке материал раздавливается между двумя щеками. По конструкции щёк дробилки различаются с одной и с двумя подвижными щеками; по характеру движения щеки – с простым движением относительно оси её подвеса и со сложным движением. В последнем случае каждая точка щеки описывает замкнутую кривую, так как подвижная щека крепится непосредственно на эксцентриковый вал; в дробилках же с простым движением она подвешена на отдельной оси.
На рисунке 5 представлена дробилка с одной подвижной щекой и сложным её движением. Руда загружается в дробилку сверху в пространство между неподвижной 9 и подвижной 12 щеками и броневыми плитами 5. Подвижная щека подвешена на оси 6 и приводится в движение (качается) при помощи шатуна 3, насаженного на главный (эксцентриковый) вал 1. Шатун соединён шарнирно с подвесной щекой 12 посредством распорных плит 4. Привод главного вала осуществляется при помощи шкивов.
При движении шатуна вверх подвижная щека приближается к неподвижной и происходит раздавливание материала. При обратном движении шатуна подвижная щека отходит от неподвижной и раздробленный материал под действием собственного веса выгружается из дробилки. К подвижной щеке шарнирно прикреплена тяга 10; с помощью этой тяги и пружины 11 подвижная щека оттягивается от неподвижной при движении шатуна вниз.
Загрузочное окно дробилки называется зевом. Ширина и длина зева, выраженные в миллиметрах, характеризует размеры дробилки. Ширина выпускной щеки дробилки регулируется изменением толщины прокладок, закладываемых между задней стенкой рамы 8 и специальным упором 7, на который опирается правая распорная плита.
Щёки дробилки подвергаются сильному износу, поэтому их поверхность покрывают съёмными бронеплитами из стойкой к истиранию марганцовистой стали. Для лучшего раздавливания руды поверхность броневых плит снабжена рифами, причём выступы на подвижной щеке располагаются против впадин на неподвижной.
Шаровые мельницы
Для получения тонких классов шихты (менее 0,074 мм) применяются шаровые мельницы. Пылевая фракция в мельницах получается путём истирания тонкого слоя кокса между двумя твёрдыми поверхностями, движущимися одна относительно другой и создающими давление, достаточное для раскалывания частичек материала.
Принцип работы шаровой мельницы барабанного типа заключается в следующем. Исходный материал – подрешёточная фракция (отсев), получаемая после рассева на виброгрохоте – поступает во вращающийся барабан, заполненный на 35-40% объёма стальными шарами. Пройдя расстояние от загрузочного устройства до разгрузочного, материал истирается до требуемой величины. При вращении барабана шары, прилегающие к стенкам барабана и находящиеся на некотором расстоянии от них, непрерывно поднимаются, а находящиеся ближе к оси барабана непрерывно скатываются вниз. В результате вся масса вращения вокруг более или менее стабильного центра. Находясь между шарами, материал непрерывно подвергается раздавливанию и истиранию.
Осевое перемещение и разгрузка материала происходят за счёт подпора со стороны свежего питания, вытесняющего содержимое мельницы к её разгрузочному концу. С этой целью в шаровых мельницах диаметр разгрузочного отверстия делается несколько большим, чем загрузочного. Образующаяся разность уровней загрузки способствует перемещению материала.
Основной тип мельницы, наиболее часто применяются в цехах анодной массы, представлен на рисунке 5. Цилиндрический барабан 1 мельницы закрыт с торцов крышками 2; крышки имеют пустотелые цапфы 3 с подшипниками, на которых вращается барабан. Внутренняя поверхность барабана и торцовых крышек футерованы броневыми износостойкими плитами 4, которые крепятся к стенке барабана болтами 5. Для более равномерного прилегания плит к барабану иногда между плитами и корпусом барабана прокладывают прорезиненную ткань. Такая прокладка ослабляет шум и предохраняет барабан мельницы.
Питание мельницы производится через одну из полых цапф 6 при помощи шнекового питателя. Разгрузка осуществляется через другую полую цапфу 7. Мельница приводится во вращение от электродвигателя 10 через редуктор 11, малую ведущую 9 и большую ведомую 8 шестерню. Смазка главных подшипников и подшипников приводного вала осуществляется от автоматически действующей циркуляционной системы жидкой смазки, состоящей из масленых насосов 12, бака-отстойника 13, фильтров и трубопроводов 14.