Производство алюминия цветных металлов

41

Содержание

• 1. Общая характеристика алюминия 3
• 1.1 Свойства алюминия 3
• 1.2 Сплавы на основе алюминия 6
• 2. СПЕЦ. ЧАСТЬ 13
• 2.1 Нормальная работа электролизных ванн 13
• 2.2 Обслуживание ванн 18
• 3. КПВО (карта пошагового выполнения операции) 25
• 3.1 Корректировка электролита фтористым алюминием 25
• 4. Экономическая часть 27
• 4.1 Формы и системы оплаты труда 27
• 5. Техника безопасности 33
• 5.1 Санитарно-гигиенические характеристики условий труда 33
• 5.2 Электробезопасность 35
• 5.3 Техника безопасности при обслуживании электролизеров 37
• Используемая литература 41
• 1. Общая характеристика алюминия
• 1.1 Свойства алюминия

Алюминии - химический элемент третьей группы периодической системы элементов Д.И. Менделеева. Его порядковый номер 13, атомная масса 26,98. Устойчивых нзотопов алюминии не имеет.

Химические свойства

Алюминий имеет электронную конфигурацию 1s²2s²2p⁶3s²3p¹. На третьем (внешнем) энергетическом уровне атома алюминия находятся три электрона, и в химических соединениях алюминии обычно трехвалентен. Из трех валентных электронов два расположены на s-подуровне и один на p-подуровне (3s²3p¹).

Так как один p-электрон с ядром атома связан слабее, чем два спаренных s-электрона, то в определенных условиях, теряя p-электрон, атом алюминия становится одновалентным ионом, образуя соединения низшей валентности (субсоединения). Кристаллизуется алюминии в гранецентрированной кубической решетке.

Алюминий химически активен. Уже в обычных условиях он взаимодействует с кислородом воздуха, покрываясь очень тонкой и прочной пленкой оксида Al²S³.

Эта пленка защищает алюминий от дальнейшего окисления и обусловливает его довольно высокую коррозионную стойкость, а также ослабляет металлический блеск. Чем чище алюминий, тем выше его стойкость против коррозии, что объясняется более прочным сцеплением оксндной пленки с поверхностью чистого металла. Из присутствующих в алюминии примесей наиболее сильно снижают его коррозионную стойкость примеси железа.

В мелкораздробленном состоянии алюминий при нагревании на воздухе воспламеняется и сгорает с выделением большого количества тепла. С серой алюминий реагирует также при нагревании с образованием сульфида алюминия Al₂S₃; с хлором и жидким бромом реагирует при обычной температуре, а с йодом -- при нагревании или в присутствии воды, служащей катализатором. В атмосфере фтора при комнатной температуре алюминий покрывается пленкой фтористого алюминия АlFз, которая препятствует дальнейшей реакции; при темно-красном калении
взаимодействие алюминия с фтором протекает очень энергично. С азотом алюминии взаимодействует при нагревании выше 800°С с образованием нитрида алюминия AlN. Взаимодействие алюминия с углеродом начинается при 650°С, но протекает энергично при температуре около 1400С° с образованием карбида алюминия А1₄С₃.

Нормальный электродный потенциал алюминия в кислой среде 1,66 В, в щелочной 3,25 В.

Будучи амфотерным, алюминий растворяется в соляной кислоте и в растворах щелочей. В серной кислоте и в разбавленной азотной алюминий растворяется медленно; в концентрированной азотной кислоте, в органических кислотах и в воде алюминий устойчив.

Физические свойства

Температура плавления алюминия технической чистоты (99,5% А1) 658°С.

С повышением степени чистоты температура плавления алюминия возрастает и для металла высокой чистоты (99,996% А1) составляет 660,24°С. Удельная теплота плавления алюминия--около 390 Дж/г, удельная теплоемкость при 0°С--0,88 Дж/(г.°С). При переходе алюминия из жидкого состояния в твердое объем его уменьшается на 6,6% (99,75% А1). Кипит алюминий при 2500 °С.

Следует отметить, что удельная теплота плавления алюминия по сравнению с другими металлами очень высока; например, удельная теплота плавления меди 205 Дж/г, железа 273 Дж/г.

Плотность алюминия меньше плотности железа в 2,9 раза, меди--в 3,3 раза.

В твердом состоянии (при 20 °С) для алюминия технической чистоты (99,75% А1) она составляет 2,703 г/см³, а для алюминия высокой чистоты (99,996% А1) 2,6989 г/см³. В расплавленном состоянии алюминий жидкотекуч и хорошо заполняет формы при литье. Вязкость и поверхностное натяжение алюминия при 1000° С составляют соответственно 0,0013 Па и 0,454 Н/м.

В твердом виде алюминий легко подвергается ковке, прокатке, волочению, резанию. Из него можно вытягивать тончайшую проволоку и катать фольгу.

Пластичность алюминия возрастает по мере повышения, его чистоты. Временное сопротивление литого алюминия технической чистоты составляет 88--118 Па, прокатанного 176--275 Па. Относительное удлинение соответственно равно 18--25 и 3--5%, а твердость по Бринеллю НВ 235--314 и 440--590.

Алюминий имеет высокую теплопроводность и электропроводность. В зависимости от чистоты теплопроводность алюминия составляет 238 Вт/(м-°С) (99,7% А1) и 247 Вт/(м.°С) (99,99% А1). Электропроводность алюминия также зависит от его чистоты. Для алюминия технической чистоты (99,5% А1) она составляет 62,5% от электропроводности меди, а для алюминия высокой чистоты (99,997% А1) 65,45%. Различные примеси влияют на электропроводность алюминия в неодинаковой степени. Наиболее сильно электропроводность снижают примеси хрома, ванадия и марганца. В меньшей степени, чем примеси, на электропроводность алюминия влияет степень его деформации и режим термической обработки. Отрицательное влияние деформации на электропроводность устраняется отжигом. Удельное электросопротивление отожженной проволоки из алюминия технической чистоты (99,7% А1) составляет (0,0279-0,0282) Ю-⁶ Ом.м.

Следует также отметить, что алюминий обладает высокой способностью отражать световые и тепловые лучи, которая близка к отражающей способности серебра и увеличивается с повышением чистоты металла.

1.2 Сплавы на основе алюминия

В качестве примесей в алюминии присутствуют Fe, Si, Cu, Mn, Zn. Алюминий обладает высокой коррозионной стойкостью вследствие образования на его поверхности тонкой прочной пленки Al₂O₃. Чем чище алюминий, тем выше его коррозионная стойкость.

Классификация алюминиевых сплавов

Все сплавы алюминия можно разделить на три группы:

1. Деформируемые сплавы, предназначенные для получения полуфабрикатов, а также поковок и штамповок путем прокатки, прессования, ковки и штамповки.

2. Литейные сплавы, предназначенные для фасонного литья.

3. Сплавы, получаемые методом порошковой металлургии.

Деформируемые сплавы по способности упрочняться термической обработкой подразделяют на сплавы, не упрочняемые термической обработкой, и сплавы, упрочняемые термической обработкой.

Сплавы алюминия широко применяют в тех случаях, когда важно снижение массы машины (конструкции).

Деформируемые алюминиевые сплавы, упрочняемые термической обработкой

Дуралюмины. Дуралюминами называют сплавы Al - Cu - Mg, в которые дополнительно вводят марганец. Марганец повышает стойкость дуралюмина против коррозии, а, присутствуя в виде дисперсных частиц фазы Т (Al₁₂Mn₂Cu), повышает температуру рекристаллизации и улучшает механические свойства. В качестве примесей в дуралюмине присутствуют железо и кремний. Железо, понижает прочность и пластичность дуралюмина. Кроме того, железо образует соединение Al₇Cu₂Fe, нерастворимое в алюминии. Железо связывает медь в этом соединении, вследствие чего снижается эффект упрочнения при старении, поэтому содержание железа не должно превышать 0,5 - 0,7%.

Кремний образует фазы Mg₂Si и W(Al_xMg₅Cu₄Si₄), которые растворяются в алюминии и при последующем старении упрочняют сплав.

Дуралюмин хорошо деформируется в горячем и холодном состояниях. При закалке дуралюмина важно обеспечить высокую скорость охлаждения, поэтому ее проводят в холодной воде. Дуралюмины после закалки подвергают естественному старению, так как оно обеспечивает получение более высокой коррозионной стойкости. Понижение температуры тормозит старение, а повышение ее, наоборот, увеличивает скорость процесса, но понижает пластичность и сопротивление коррозии.

Дуралюмины удовлетворительно обрабатываются резанием в закаленном и состаренном состояниях и плохо - в отожженном состоянии, хорошо свариваются точечной сваркой и не свариваются сваркой плавлением вследствие склонности к образованию трещин. Из дуралюминов изготавливают обшивки, шпангоуты, стрингера и лонжероны самолетов, силовые каркасы, строительные конструкции, кузова грузовых автомобилей.

Сплавы авиаль. Эти сплавы уступают дуралюминам по прочности, но обладают лучшей пластичностью в холодном и горячем состояниях. Авиаль удовлетворительно обрабатывается резанием и сваривается контактной и аргонодуговой сваркой. Сплав обладает высокой общей сопротивляемостью коррозии, но склонен к межкристаллитной коррозии.

Из авиалей изготовляют различные полуфабрикаты, кроме того, лопасти винтов вертолетов, кованые детали двигателей, рамы, двери, для которых требуется высокая пластичность в холодном и горячем состояниях.

Высокопрочные сплавы. Прочность этих сплавов достигает 55 - 70 кгс/мм², но при меньшей пластичности, чем у дуралюминов.

При увеличении содержания цинка и магния прочность сплавов повышается. А их пластичность и коррозионная стойкость понижаются. Добавки марганца и хрома улучшают коррозионную стойкость. По сравнению с дуралюмином эти сплавы обладают большей чувствительностью к концентраторам напряжений и пониженной коррозионной стойкостью под напряжением. У них меньше предел выносливости и сопротивляемость повторным статическим нагрузкам.

Сплавы обладают хорошей пластичностью в горячем состоянии и сравнительно легко деформируются в холодном состоянии после отжига. Высокопрочные сплавы применяют в самолетостроении для нагруженных конструкций, для изготовления прессованных и кованых изделий. Они рекомендуются для сжатых зон конструкций, для деталей без концентратов напряжения.

Сплавы для ковки и штамповки. Сплавы этого типа отличаются высокой пластичностью и удовлетворительными свойствами, позволяющими получить качественные слитки.

Эти сплавы используют для деталей сложной формы и средней прочности, изготовление, которых требует высокой пластичности в горячем состоянии. Также рекомендуются для тяжело нагруженных штампованных деталей.

Сплавы хорошо обрабатываются резанием и удовлетворительно свариваются контактной и аргонодуговой сваркой. Сплавы склонны к коррозии под напряжением и межкристаллитной коррозии.

Жаропрочные сплавы. Эти сплавы используют для деталей, работающих при температурах до 300єС (поршни, головки цилиндров, крыльчатки, лопатки и диски осевых компрессоров турбореактивных двигателей, обшивка сверхзвуковых самолетов). Жаропрочные сплавы имеют более сложный химический состав, чем рассмотренные выше алюминиевые сплавы. Их дополнительно легируют железом, никелем и титаном.

Высокая жаропрочность сплавов достигается благодаря высокому содержанию меди, а также марганца и титана, замедляющих диффузионные процессы. Кроме того, титан задерживает процесс рекристаллизации.

Деформируемые алюминиевые сплавы, не упрочняемые термической обработкой

К этим сплавам относятся сплавы алюминия с марганцем или с магнием.

Сплавы Al-Mg добавочно легируют марганцем, который, образуя дисперсные частицы Al₆Mn, упрочняет сплав. Эффект от закалки и старения этих сплавов невелик, и их применяют в отожженном состоянии.

Повышение прочности при некотором уменьшении пластичности изделий простой формы достигается нагартовкой. Упрочнение, создаваемое нагартовкой снимается в зоне сварки.

Сплавы легко обрабатываются давлением. Хорошо свариваются и обладают высокой коррозионной стойкостью. Обработка резанием затруднена. Сплавы применяются для сварных и клепаных элементов конструкций, испытывающих небольшие нагрузки и требующие высокого сопротивления коррозии.

Литые алюминиевые сплавы

Сплавы для фасонного литья должны обладать высокой жидкотекучестью, сравнительно небольшой усадкой, малой склонностью к образованию горячих трещин и пористости в сочетании с хорошими механическими свойствами, сопротивлением коррозии.

Высокими литейными свойствами обладают сплавы, содержащие в своей структуре эвтектику. Эвтектика образуется во многих сплавах, в которых содержание легирующих элементов больше предельной растворимости в алюминии. Чаще применяют сплавы Al-Si, Al-Cu, Al-Mg, которые дополнительно легируют небольшим количеством меди и магния (Al-Si), кремния (Al-Mg), марганца, никеля, хрома (Al-Cu).

Сплавы Al-Si. Эти сплавы, получившие название силумины, близки по составу к эвтектическому и потому отличаются высокими литейными свойствами, а отливки - большей плотностью. Обладают высокой коррозийной стойкостью.

Из силуминов изготавливают крупные нагруженные детали (корпуса компрессоров, картеры и блоки цилиндров двигателей).

Сплавы Al-Si сравнительно легко обрабатываются резанием. Заварку дефектов можно производить газовой и аргонодуговой сваркой.

Сплавы Al-Cu. Эти сплавы после термической обработки имеют высокие механические свойства при комнатной и повышенных температурах и хорошо обрабатываются резанием. Литейные свойства сплавов низкие. Эти сплавы используют для отливки небольших деталей простой формы. Они склонны к хрупкому разрушению вследствие выделения по границам зерен грубых частиц CuAl₂ и Al₂Cu₂Fe, поэтому сплавы Al-Cu применяют в закаленном состоянии, когда эти соединения переведены в твердый раствор. Если от отливок требуется повышенная прочность. То их после закалки подвергают искусственному старению при 150єС.

Сплавы Al-Cu малоустойчивы против коррозии, поэтому отливки обычно анодируют.

Сплавы Al-Mg. Сплавы алюминий с магнием имеют низкие литейные свойства, так как не содержат эвтектики. Характерной особенностью этих сплавов является хорошая коррозийная стойкость, повышенные механические свойства и обрабатываемость резанием. Добавление к сплавам модифицирующих присадок (Ti, Zr) улучшает механические свойства, а бериллия уменьшает окисляемость расплава, что позволяет вести плавку без защитных флюсов.

Эти сплавы предназначены для отливок, работающих во влажной атмосфере, например в судостроении и авиации. Добавление к сплавам Al-Mg кремния улучшает литейные свойства в результате образования тройной эвтектики.

Жаропрочные сплавы. Структура этих сплавов состоит из ?-твердого раствора, содержащего Cu, Mg и Ni, и избыточных фаз Al₂CuMg и Al₆Cu₃Ni. Отливки применяют после закалки и кратковременного старения при 175єС.

Добавочное легирование жаропрочных сплавов кремнием улучшает литейные свойства. Для увеличения жаропрочности и измельчания структуры сплавы легируют Fe, Ti, Cr и Mn. Для стабилизации размеров и снятия внутренних напряжений сплав подвергают отжигу при 300єС. Для достижения максимальной жаропрочности отливки закаливают и подвергают старению при 230єС. Жаропрочные сплавы применяют к деталям, длительно работающим при 250 - 270єС.

Алюминиевые подшипниковые сплавы

Из этих сплавов изготавливают подшипники. Основными компонентами сплавов являются Sn, Cu, Ni, Si, образующие с алюминием гетерогенные структуры.

Чем больше в сплавах олова, тем выше его антифрикционные свойства. Однако в литых сплавах содержание олова не должно превышать 10-12%, так как образующаяся грубая сетка оловянистой составляющей снижает износостойкость и сопротивление усталости при повышении температуры. В деформированных сплавах оловянистая составляющая располагается в виде отдельных включений внутри зерен, это дает возможность увеличить содержание олова и значительно улучшить антифрикционные свойства сплава.

При работе в тяжелонагруженных скоростных подшипниках на рабочую поверхность сплавов наносится слой олова или другого мягкого металла.

Спеченные алюминиевые сплавы

Наиболее широко используют сплавы на основе Al - Al₂O₃, получившие название САП (спеченный алюминиевый порошок).

Эти сплавы получают путем холодного брикетирования алюминиевого порошка, вакуумной дегазации брикетов (отжига) и последующего спекания нагретых брикетов под давлением. Они состоят из алюминия и дисперсных чешуек Al₂O₃. Частицы Al₂O₃ эффективно тормозят движение дислокации и повышают прочность сплава.

По сравнению с другими алюминиевыми сплавами материалы САП обладают высокой жаропрочностью при длительном нагреве до 500єС.

Некоторое применение нашли спеченные алюминиевые сплавы (САС). Чаще САС применяют, когда путем литья и обработки давлением трудно получить соответствующий сплав. Спеченные алюминиевые сплавы применяют для деталей приборов, работающих в паре со сталью при температуре 20 - 200єС. Которые требуют сочетания низкого коэффициента линейного расширения и малой теплопроводности.

2. СПЕЦ. ЧАСТЬ

2.1 Нормальная работа электролизных ванн

Параметры нормальной работы электролизных ванн

Период нормальной работы электролизера начинается с момента установления на нем равновесия между приходом и расходом тепла, т.е. момента наступления теплового равновесия всей системы.

Нормальная работа алюминиевых электролизных ванн характеризуется параметрами энергетического и технологического режима, рассчитанными при проектировании в зависимости от конструктивных особенностей электролизеров. К этим параметрам относятся: сила тока, рабочее и среднее напряжение, температура электролита, количество металла и электролита, перепад напряжения в подине ванны, состав электролита, частота и продолжительность анодных эффектов, форма рабочего пространства, а также технологические параметры формирования самообжигающихся анодов.

Силу тока серии устанавливают в зависимости от размеров, конструкции и технологического состояния электролизеров, а регулируют её, исходя из технических возможностей оборудования преобразовательной подстанции. Среднюю силу тока серии вычисляют на основании средней мощности, потребляемой серией, и среднего напряжения. Среднюю мощность, потребляемую серией, определяют по величине расхода электроэнергии постоянного тока, технологической электроэнергии переменного тока и коэффициента преобразования, включающего расход электроэнергии подстанцией на собственные нужды и потерю энергии в шинопроводе от подстанции до электролизной серии. При наличии достаточно точных средств учета силы тока среднесуточную силу тока определяют по показаниям счетчиков ампер-часов. Среднемесячное значение силы тока рассчитывают по потребляемой мощности постоянного тока.

Среднее напряжение серии вычисляют по показателям серийных счетчиков вольт-часов. Расчет и контроль силы тока и напряжения серии осуществляются персоналом преобразовательной подстанции.

Рабочее напряжение электролизера контролируют по показателям вольтметров, установленных на электролизерах, и поддерживают в пределах, оговоренных в рабочих технологических инструкциях. Для различных типов электролизеров рабочее напряжение составляет 3,8--4,3В. Рабочее напряжение электролизеров, как правило, регулируется автоматически и поддерживается в пределах заданной уставки по сопротивлению.

Среднее напряжение электролизера состоит из рабочего напряжения, напряжения анодных эффектов и перепада напряжения в ошиновке между электролизерами; рассчитывается по показанию серийных вольтметров.

Температуру электролита на нормально работающем электролизере поддерживают в пределах 950--965°С. Как уже отмечалось, этот параметр оказывает наибольшее влияние на производительность электролизера, поэтому все операции технологического процесса подчинены одной цели -- поддержанию температуры электролита на нижнем пределе, вплоть до снижения силы тока па серии.

Количество технологического алюминия в электролизере характеризуется высотой столба (уровнем) металла в шахте ванны.

Уровень металла в силу высокой теплопроводности алюминия позволяет регулировать теплоотдачу электролизера: чем выше этот уровень, тем больше тепла отводится через боковые поверхности катодного узла электролизера. Увеличение уровня металла способствует интенсификации (повышению силы тока) процесса электролиза.

Однако повышенный уровень металла осложняет ведение технологического процесса--увеличивается образование глиноземистых осадков на подине, наблюдается образование пологих подовых настылей, что снижает выход по току и в конечном итоге--производительность электролизера. Поэтому для каждой конструкции электролизеров в зависимости от выбранной технологии процесса в рабочей технологической инструкции указывается оптимальный уровень технологического металла -- уровень металла в шахте ванны после очередной выливки.

Количество электролита определяется его уровнем в шахте ванны. Как известно, промышленные электролиты характеризуются предельной растворимостью глинозема, поэтому снижение уровня электролита приводит к образованию осадков и к более частому возникновению анодных эффектов. При чрезмерном же повышении уровня электролита увеличивается перепад напряжения в зоне анод--электролит за счет контакта боковой поверхности анода с электролитом.

Практика ведения технологического процесса показывает, что оптимальный уровень электролита для электролизеров с самообжигающимися анодами 150-180 мм, а для электролизеров с предварительно обожженными анодами 200-220 мм.

Состав электролита наиболее существенно влияет на технико-экономические показатели работы электролизера. В предыдущей главе подробно рассматривалось влияние различных факторов и составляющих электролита на его свойства. Многочисленными научно-исследовательскими работами установлено, а промышленной практикой подтверждено, что при прочих равных условиях лучшие показатели технологического процесса достигаются при электролите с криолитовым отношением 2,6-2,85 в зависимости от типа электролизеров и суммарном содержании добавок до 9,0%.

Наиболее часто в практике алюминиевой промышленности в качестве добавок к электролиту используют фтористые соли лития, кальция и магния; иногда -- хлористый натрий.

Анодные эффекты Вспышки возникают при снижении концентрации глинозема в электролизе от 1-1,5%. При этом рабочее напряжение на электролизе резко поднимается - с 4,2-4,3 до 25-30 В.

Поскольку анодный эффект связан с обеднением электролита глиноземом, то добавка новой порции глинозема и перемешивание электролита быстро устраняет анодный эффект и восстанавливается нормальный ход электролиза в пределах нормы 4,3-4,5V.

Возникновение анодного эффекта происходит из-за ухудшения смачиваемость подошвы анода расплавленным электролитом вследствие уменьшения содержания глинозема:

Al₂O₃ в электролите до 1-1,5%.

Анодный эффект бывает:

тусклые - до 15V

средние - до 15-25V

ясные - 25 и вышеV

Анодный эффект играет положительную и отрицательную роль в электролизе Al.

Положительная роль анодного эффекта - дает возможность контролировать нормальную работу электролизера.

Допустимая чистота (А.Э.) - 0,8-1,0 а.э. в сутки. Считается я, что при возникновении анодного эффекта полируется подошва анода, очищается от неровностей, от пены, растворяется осадок на подине.

Отрицательная роль анодного эффекта - это потери Al. При каждом анодном эффекте сгорает 1кг. наработанного металла, перерасход электроэнергии при А.Э. расходуется 150-160 кВч., дополнительный расход фторсырья, дополнительный расход анодной массы. Происходит перегрев электролита, увеличиваются потери фторсолей в результате испарения.

Форма рабочего пространства нормально работающего электролизера характеризуется обязательным наличием защитных гарниссажей в зоне электролита, крутопадающей настылью в зоне металла и отсутствием осадка и настыли на подине под анодом.

Создание и постоянное поддержание указанной формы рабочего пространства -- задача обслуживающего персонала.

Основными технологическими параметрами, определяющими правильность формирования самообжигающегося анода, являются:

высота конуса спекания, уровень и температура жидкой анодной массы; для электролизера с верхним токоподводом -- минимальное расстояние от штырей до подошвы анода, число горизонтов, на которые устанавливаются штыри, шаг перестановки штырей, высота выступающих частей конструкции, применяемых для охлаждения жидкой части анода. Для электролизеров с боковым токоподводом такими параметрами будут: число рядов, шаг забивки, длина незабитой части и угол забивки штырей.

При постоянном наблюдении обслуживающего персонала за этими параметрами возможно своевременное устранение возникающих неполадок и обеспечение оптимальных условий формирования анода, от качества которого во многом зависят все технико-экономические показатели работы электролизера.

Внешние признаки нормальной работы электролизных ванн

Нормальная работа электролизера любой конструкции, кроме вышеперечисленных параметров, характеризуется целым рядом внешних признаков.

Газы из-под анода должны выделяться равномерно по всему его периметру и иметь фиолетово-синий цвет. В конструкциях электролизеров с боковым токоподводом и предварительно обожженными анодами технологической инструкцией предусматриваются специальные отверстия в корке электролита для отвода газов.

Корка электролита должна быть одинаковой толщины вокруг всего анода, а угольная пена -- хорошо отделяться от электролита.

Рабочее напряжение должно быть устойчивым, без колебаний, что легко определить, следя за стрелкой вольтметра.

На ломике, вынутом из расплава после измерения уровней жидкого алюминия и электролита, должна быть четкая граница между металлом и электролитом. Отсутствие такой границы свидетельствует, как правило, о повышенной температуре расплава.

Во всех случаях при нарушении технологического режима обслуживающий персонал должен установить причину нарушения и принять меры к его устранению.

2.2 Обслуживание ванн

Виды обработки электролизеров

Основные задачи обработки электролизера - загрузка очередной порции глинозема в электролит и поддержание в оптимальном состоянии настылей и гарниссажа.

Прежде всего, следует отметить, что в настоящее время повсеместно перешли на обработку электролизеров, предупреждающую анодные эффекты, в отличие от ранее применяемой практики обработки электролизеров по мере возникновения на них анодных эффектов. В последние годы наблюдается тенденция к применению схем непрерывного питания электролизеров глиноземом. Для этого применяются различные конструкции механизмов и электронно-вычислительная техника, обеспечивающая выполнение заданной программы исполнительными механизмами.

Ставшая уже классической схема обработки электролизеров заключается в периодическом разрушении вокруг анода корки электролита и погружении ее вместе с очередной порцией глинозема в расплав с последующим перемешиванием, подтягиванием к борту кусков корки, удалением при необходимости угольной пены, оплескиванием боковых поверхностей анода электролитом для предохранения их от окисления и загрузкой очередной порции глинозема на вновь образовавшуюся корку электролита.

Поточная обработка электролизеров

Обработку электролизеров, не оснащенных установками для автоматизированного питания глиноземом, можно осуществить различными методами, которые выбирают с учетом конструктивных и технологических особенностей электролизера. Для нормально работающих электролизеров применяют, как правило, поточно-регламентированный метод с предупреждением анодных эффектов. Суть этого метода заключается в частичной обработке электролизера (корка электролита разрушается только с одной продольной стороны) в строго регламентированное время Частоту такой обработки устанавливают расчетным путем, исходя из количества глинозема, поступающего одновременно в электролизер. Поточной схема обработки называется потому, что в один поток обработки включена группа электролизеров. Применение такой схемы или ее разновидностей, как, например, обработка неполной стороны, позволяет с большой эффективностью использовать механизмы и повышать производительность труда.

Технологичная обработка электролизеров

Не реже одного раза в 10 дней осуществляют технологическую обработку каждой стороны электролизера. Такую обработку, как правило, проводят после анодного эффекта. При технологической обработке электролизера проверяют состояние подошвы анода, при необходимости снимают угольную пену, подтягивают к бортам ванны осадок и контролируют форму ее рабочего пространства. Участки ванны с настылями и гарниссажем недостаточного размера охлаждают застывшим (оборотным) электролитом. При применении любой из схем обработки обязательна обработка торцов ванн не реже чем один раз в 4--5 дней.

Электролизеры с нарушенным технологическим режимом отключают от системы автоматического питания глиноземом и обрабатывают по регламенту, установленному сменным руководством

Корректировка cocтaвa электролита фтор солями

Состав электролита в период эксплуатации также претерпевает различные изменения, например из-за избирательной способности пропитки угольной футеровки фтористым натрием и склонности фтористого алюминия к повышенной улетучиваемости. Заданный состав электролита поддерживают, добавляя фтористый алюминий, фтористый натрий или соду, каустический магнезит, хлористый натрий, фтористый кальций и фтористый литий. Состав электролита регламентируется рабочей технологической инструкцией.

Составляющие электролита обладают неодинаковыми свойствами и при соприкосновении с расплавом ведут себя по-разному, поэтому их загружают в электролизер различными способами.

Во всех случаях предпочтительнее вводить компоненты электролита в виде брикетов или гранул. Следует помнить, что попадание в расплав холодных или увлажненных компонентов приводит к выбросу расплава.

Кусковой оборотный электролит загружают по периметру шахты ванны, преимущественно в местах со слабой настылью, не допуская попадания кусков под анод.

Окомкованный криолит всех видов, фтористый алюминий и необходимые добавки загружают после обработки электролизера на поверхность электролита, предварительно присыпанную горячим глиноземом, и засыпают основным количеством глинозема, что обеспечивает их постепенное прогревание и предохраняет от улетучивания.

Фтористый натрий, обладающий повышенной температурой плавления, загружают небольшими порциями непосредственно в электролит сразу же после анодного эффекта, когда расплавимеет максимальную температуру. Порошкообразный криолит и фтористый алюминий целесообразнее задавать сразу же после выливки алюминия через отверстия в корке электролита непосредственно в расплав. Соду разбрасывают тонким слоем по открытой поверхности электролита с соблюдением мер предосторожности, так как она обладает повышенной гигроскопичностью.

Разовая загрузка любых компонентов электролита зависит от мощности электролизера и строго регламентируется. Как правило, она не превышает 70 кг. Частота введения компонентов зависит от изменения уровня и состава электролита. Практика работы показывает, что в процессе нормальной эксплуатации больше всего расходуется криолита (для поддержания уровня электролита в заданных пределах) и фтористого алюминия (для корректировки состава электролита). Потери последнего обусловлены повышенным улетучиванием и разрушающим воздействием примесей Na₂О, H₂O, SiO₂, SО^2-₄, вводимых с сырьем, а также с продуктами коксования анода.

Одним из широко применяемых в настоящее время прогрессивных методов загрузки фтористых солей для поддержания уровня электролита является питание электролизеров шихтой из предварительно заготавливаемой смеси глинозема и фтористых солей.

При работе по этому методу возможно снизить расход фтористых солей, так как они поступают в электролит более равномерно и предварительно прогретыми до высоких температур на корке электролита.

Отечественная промышленность выпускает криолит в основном с криолитовым отношением 1,5--1,7 и его можно использовать для корректировки электролита. Корректировку фтористым алюминием осуществляют на основании результатов кристаллооптического анализа, производимого через 2--3 дня, и при нормальной работе ванн корректировку проводят ежедневно небольшими порциями. Корректировку состава электролита другими добавками проводят, как правило, одни раз в месяц на основании данных химического или спектрального метода анализа электролита.

Для осуществления расчета количества корректирующего вещества кандидат технических наук И.П. Гупало приводит следующие формулы.

При корректировании щелочного или недостаточно кислого электролита фтористым алюминием количество его (кг) можно определить по формуле

АlF₃=2n(K₁-K₂)/(¹/₂c +K₁K₂^-1).

В этих формулах приняты следующие обозначения: п - масса корректируемого электролита, кг; K₁--молекулярное отношение а:Л1Рз электролита до корректирования; К₂ - молекулярное отношение а:AlF₃, которое необходимо получить; с - содержание вещества в исходном продукте, доли единицы; а и б - масса электролита с молекулярным отношением К₁ и К₂ соответственно. По криолитовому отношению электролита (К) подсчитывают избыточное содержание фтористого алюминия (сверх содержания в криолите) по формуле,% (по массе):

А1F₃== 200:3 [(3 - К)- (2+K)].

Выливка металла

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 1200 кг. 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.

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.

3. КПВО (карта пошагового выполнения операции)

3.1 Корректировка электролита фтористым алюминием

Состав электролита в период эксплуатации претерпевает различные изменения, например из-за избирательной способности пропитки угольной футеровки фтористым натрием и склонности фтористого алюминия к повышенной улетучиваемости. Заданный состав электролита поддерживают, добавляя фтористый алюминий, Предпочтительнее вводить компоненты электролита в виде брикетов или гранул. Следует помнить, что попадание в расплав холодных или увлажненных компонентов приводит к выбросу расплава.

Кусковой оборотный электролит загружают по периметру шахты ванны преимущественно в местах со слабой настылью, не допуская попадания кусков под анод.

Окомкованный фтористый алюминий загружают после обработки электролизера на поверхность электролита, предварительно присыпанную горячим глиноземом, и засыпают основным количеством глинозема, что обеспечивает их постепенное прогревание и предохраняет от улетучивания.

Порошкообразный фтористый алюминий целесообразнее задавать сразу же после выливки алюминия через отверстия в корке электролита непосредственно в расплав.

Разовая загрузка любых компонентов электролита зависит от мощности электролизера и строго регламентируется. Как правило, она не превышает 70 кг.

Частота введения компонентов зависит от изменения уровня и состава электролита. Практика работы показывает, что в процессе нормальной эксплуатации больше всего расходуется криолита (для поддержания уровня электролита в заданных пределах) и фтористого алюминия (для корректировки состава электролита).

Корректировку фтористым алюминием осуществляют на основании результатов кристаллооптического анализа, производимого через 2--3 дня, и при нормальной работе ванн корректировку проводят ежедневно небольшими порциями.

Для осуществления расчета количества корректирующего вещества кандидат технических наук И. П. Гупало приводит следующие формулы.

При корректировании щелочного или недостаточно кислого электролита фтористым алюминием количество его (кг) можно определить по формуле

АlF₃=2n(K₁-K₂)/(¹/₂c +K₁K₂^-1)

где: п - масса корректируемого электролита, кг;

K₁ - молекулярное отношение а: Л1Рз электролита до корректирования;

К₂ - молекулярное отношение а:AlF₃, которое необходимо получить;

с - содержание вещества в исходном продукте, доли единицы;

а и б - масса электролита с молекулярным отношением К₁ и К₂ соответственно.

По криолитовому отношению электролита (К) подсчитывают избыточное содержание фтористого алюминия (сверх содержания в криолите) по формуле,% (по массе): А1F₃== 200:3 [(3 - К)- (2+K)].

4. Экономическая часть

4.1 Формы и системы оплаты труда

Формы оплаты труда

Формы оплаты труда отличаются большим разнообразием. Широко применяются сдельная и повременная оплата труда.

Сдельная - форма заработной платы, при которой заработок зависит от количества произведенных единиц продукции с учетом их качества, сложности и условий труда. При сдельной оплате труда расценки определяются исходя из установленных разрядов работы, тарифных ставок (окладов) и норм выработки (норм времени). Сдельная расценка определяется путем деления часовой (дневной) тарифной ставки, соответствующей разряду выполняемой работы, на часовую (дневную) норму выработки. К разновидностям сдельной формы оплаты труда относятся:

прямая сдельная - при которой оплата труда рабочих повышается в прямой зависимости от количества выработанных ими изделий и выполненных работ исходя из твердых сдельных расценок, установленных с учетом необходимой квалификации;

сдельно-премиальная - когда оплата труда включает премирование за перевыполнение норм выработки, достижение определенных качественных показателей: сдачу работ с первого предъявления, отсутствие брака, рекламации, экономию материалов. Механизм ее начисления следующий: администрация предприятия совместно с профсоюзным комитетом разрабатывает расценки за выполнение каждого вида изделий, которые отражаются в нарядах на выполнение сдельных работ. Сумма начисленной заработной латы получается путем умножения сдельной расценки на количество произведенных деталей и прибавления премии. Премия начисляется при условии перевыполнения работником норм или достижения других показателей, дающих право на ее получение (отсутствие брака и т.п.). Размер премии устанавливается администрацией по согласованию с профкомом в процентном отношении к заработной плате, начисленной по сдельным расценкам;

аккордная - когда совокупный заработок определяется за выполнение тех или иных стадий работы или за полный комплекс выполненных работ. Разновидностью аккордной формы является оплата труда работников, которые не состоят в штате предприятия и выполняют работы по заключенным договорам гражданско-правового характера (например, по договору подряда);

сдельно-прогрессивная - предусматривает оплату выработанной продукции в пределах установленных норм по прямым (неизменным) расценкам, а изделия сверх нормы оплачиваются по повышенным расценкам согласно установленной шкале, но не свыше двойной сдельной расценки;

косвенно-сдельная - применяется для повышения производительности труда рабочих, обслуживающих оборудование и рабочие места. Труд их оплачивается по косвенным сдельным расценкам из расчета количества продукции, произведенной основными рабочими, которых они обслуживают.

Повременная - форма заработной платы, при которой заработная плата зависит от количества затраченного времени (фактически отработанного) с учетом квалификации работника и условий труда. При повременной оплате работникам устанавливаются нормированные задания. Для выполнения отдельных функций и объемов работ могут быть установлены нормы обслуживания или нормы численности работников.

В повременной системе оплаты труда выделяют две формы: простую повременную и повременно-премиальную.

При простой повременной оплате труда заработок рабочего определяется, умножая часовую или дневную тарифную ставку его разряда на количество отработанных им часов или дней. При определении заработка других категорий работников соблюдается следующий порядок: если работник отработал все рабочие дни месяца, то оплатой явится установленный для него оклад, если же в данном месяце отработано неполное число рабочих дней, то заработок определяется путем деления установленной ставки на календарное количество оплачиваемых за счет предприятия рабочих дней.

При повременно-премиальной оплате труда к сумме заработка по тарифу прибавляется премия, которая устанавливается в процентном отношении к тарифной ставке.

Механизм начисления повременно-премиальной формы оплаты труда следующий: администрация предприятия совместно с профкомом разрабатывает тарифную сетку, которая в связи с инфляцией регулярно корректируется. В этой сетке указывается стоимость одного часа работы для работника каждого конкретного разряда. Чем выше разряд, тем больше ставка. Сумма начисленной заработной платы получается путем умножения часовой тарифной ставки на количество отработанных часов и прибавления премии.

Системы оплаты труда

Система оплаты труда - это способ соизмерения размера оплаты за труд с его результатами (либо затратами).

Как уже отмечалось ранее, в условиях рыночных отношений предприятия могут самостоятельно вводить ту или иную систему тарификации и вид оплаты труда. Вместе с тем достаточно ощутимое воздействие на позицию большинства предприятий при решении этой задачи оказывают централизованно разрабатываемые на федеральном уровне рекомендации. Заработки каждого члена трудового коллектива обуславливаются его трудовым вкладом и размером той части полученного дохода, которая направляется на оплату труда.

В большей части крупных и средних организаций используется тарифная система оплаты труда, что предполагает зависимость размера оплаты труда от сложности выполняемой работы, условий труда, природно-климатических условий выполнения работы, интенсивности и характера труда. Она также позволяет качественно оценить труд, служит основой организации заработной платы рабочих, строится в зависимости от квалификации работающих и формы оплаты труда.

Тарифная система оплаты труда включает в себя совокупность нормативов:

тарифные ставки, определяющие размер оплаты труда в час или за день и схемы должностных окладов;

тарифные сетки, показывающие соотношение в оплате труда между различными разрядами работ и рабочих (квалификациями);

тарифно-квалификационные справочники, с помощью которых можно определить разряд работы и рабочих в соответствии с тарифной сеткой;

районные коэффициенты и разного рода надбавки и доплаты тарифного характера, которые предназначены для использования при установлении ставок и окладов работниками и при определении размеров их вознаграждения за выполненную работу.

В состав тарифной системы оплаты труда входят также различные нормы выработки (нормы времени, нормы обслуживания, нормированные задания).

Под нормой труда понимают нормы: выработки, времени, обслуживания, численности, устанавливаемые для работников в соответствии с достигнутым уровнем техники, технологии, организации производства и труда.

Нормой выработки измеряют установленный объем работы, подлежащий выполнению в единицу рабочего времени.

Норма времени - это величина затрат рабочего времени, установленная для выполнения единицы работы; разновидностью норм выработки являются нормы обслуживания, нормированные задания.

В соответствии с рекомендациями, разрабатываемыми на федеральном уровне, предприятиям предложено руководствоваться Единой тарифной сеткой (ЕТС), в которой предусмотрено 18 разрядов тарификации (групп оплаты). Это число разрядов установлено на основании различий в сложности труда рабочих и служащих. В ЕТС заложен размер нарастания от разряда к разряду: с I - III -30 процентов, с IV по XV - 13 процентов, а с XVI - XVIII - 11 процентов. Тарифные ставки (оклады) по разрядам дифференцируются в ЕТС только по признаку сложности выполняемых работ и квалификации работников. Выполнение простейших работ оплачивается по тарифной ставке 1 разряда. Тарифные ставки рабочих остальных разрядов превышают этот размер в зависимости от уровня квалификации их труда, т.е. присвоенного тарифного разряда и установленного тарифного коэффициента. Но при использовании ЕТС следует помнить, что в неё практически ежегодно вносятся изменения на федеральном уровне.

Бестарифная система оплаты труда ставит заработок работника в полную зависимость от конечных результатов работы коллектива, к которому относится работник. При этой системе не устанавливается твердого оклада или тарифной ставки. Применение такой системы целесообразно лишь в тех ситуациях, когда есть реальная возможность учесть результаты труда работника при общей заинтересованности и ответственности каждого члена коллектива. Учитывая, что формы, системы и размер оплаты труда работников предприятия, а также другие виды их доходов устанавливаются предприятиями самостоятельно, предприятие вправе в положении о системе оплаты труда работников предусмотреть натуральную форму оплаты труда.

Под натуральной выдачей для целей налогообложения следует понимать выдачу продукции собственного производства, выдаваемой как за выполненную работу (например, по договорам подряда и др.) так и в иных случаях, предусмотренных учредительными документами предприятий и организаций.

Следует также отметить, что существует еще одна система оплаты труда, носящая название «японской». Японская система «плавающих» окладов, суть её заключается в том, что с учетом динамики итогов работы за месяц (хуже или лучше) в следующем месяце для работников назначаются новые должностные оклады (соответственно меньше или больше). Данная система в нашей стране не получила широкого применения. Что, на мой взгляд, связано с относительной трудоемкостью в её реализации.

В качестве вывода отмечу, что применение тех или иных систем оплаты труда зависит от многих факторов. Изучение этих факторов позволяет выбрать адекватную форму или систему оплаты труда для конкретного предприятия. Кроме того, изучение зарубежного опыта также является полезным для установления принципов, форм и систем оплаты труда в рыночных условиях.