Влияние конструктивных и технологических параметров на целостность подины алюминиевых электролизеров при обжиге

• Автор: Архипов, Александр Геннадьевич
• Шифр специальности: 05.16.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 214 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы:

Цель работы и задачи исследования:

Методы анализа:

Научная новизна работы:

Практическая значимость и реализация работы:

На защиту выносятся:

ГЛАВА I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Принцип действия алюминиевого электролизера

1.2. Задачи обжига

1.3. Основные способы обжига и пуска
1.3.1 Обжиг с формовкой анода
1.3.2 Обжиг на жидком металле
1.3.3 Обжиг на двухслойном расплаве
1.3.4 Обжиг на жидком электролите
1.3.5 Обжиг на коксовой крупке
1.3.6 Обжиг электрическими панелями
1.3.7 Пламенный обжиг
1.4. Причины нарушения целостности подины при обжиге и пуске,
ПОСЛЕПУСКОВОМ ПЕРИОДЕ
1.5. Экспериментальные методы анализа условий обжига, пуска,
ПОСЛЕПУ СКОВОГО ПЕРИОДА
1.6. Математические модели обжига и пуска, послепускового периода
1.7. Критерии оптимального обжига электролизера для сохранения ЦЕЛОСТНОСТИ подины
1.8. Выводы
ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ЦЕЛОСТНОСТИ ПОДИНЫ
2.1. Уравнения, используемые при расчетах обжига электролизеров 54 Граничные условия
2.2. Методика расчета термоэлектрических полей при обжиге на коксе
2.2.1 Создание конечно-элементной модели
2.2.2 Свойства материалов футеровки и кожуха
2.2.3 Задание начальных и граничных условий
2.2.4 Адаптация термоэлектрической модели обжига на коксе
2.3. Методика расчета тепловых полей при пламенном обжиге с ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭФФЕКТИВНЫХ КОЭФФИЦИЕНТОВ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ГАЗОВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ
2.3.1 Создание конечно-элементной модели
2.3.2 Физико-механические свойства материалов

2.3.3 Задание начальных и граничных условий
2.3.4 Адаптация тепловой модели пламенного обжига
2.4. Методика расчета тепловых полей при пламенном обжиге с УЧЕТОМ ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОСА И ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА
2.4.1 Создание конечно-элементной модели
2.4.2 Физико-механические свойства материалов
2.4.3 Задание начальных и граничных условий
2.4.4 Адаптация пгепловой модели пламенного обжига
2.5. Методика расчета напряженно-деформированного состояния и оценки целостности катодного устройства
2.6. Выводы
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКОМЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОДОВОЙ МАССЫ И КОКСОВОГО ПОРОШКА
3.1. Оборудование и методики измерения свойств подовой массы .
3.2. Прочность и модуль упругости при сжатии подовой массы
3.3. Теплопроводность подовой массы
3.4. Термическое расширение и усадка подовой массы
3.5. Удельное электрическое сопротивление подовой массы
3.6. Теплопроводность коксовой крупки
3.7. Удельное электрическое сопротивление коксового порошка
3.8. Определение контактного сопротивления «коксовая крупка -подовый блок»
3.9. Выводы
ГЛАВА 4. ОЦЕНКА ЦЕЛОСТНОСТИ ПОДИНЫ ПРИ ОБЖИГЕ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРОВ НА КОКСЕ
4.1. Влияние конструктивных и технологических факторов на
ТЕМПЕРАТУРНОЕ ПОЛЕ ПОДИНЫ ПРИ ОБЖИГЕ
4.2. Влияние конструктивных и технологических факторов на НДС
КАТОДНОГО УСТРОЙСТВА ПРИ ОБЖИГЕ
4.3. Выводы
ГЛАВА 5. ОЦЕНКА ЦЕЛОСТНОСТИ ПОДИНЫ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРОВ ПРИ ПЛАМЕННОМ ОБЖИГЕ
5.1. Результаты расчета тепловых полей электролизера С-8Б
5.2. Результаты расчета напряженно-деформированного состояния ванны С8Б
5.3. Влияние технологических параметров пламенного обжига и конструкции на температурное поле подины электролизеров
5.4. Влияние конструктивных и технологических факторов на НДС
КАТОДНОГО УСТРОЙСТВА ПРИ ПЛАМЕННОМ ОБЖИГЕ

5.5. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО РАБОТЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

уменьшении температуры эта прочность падает. Низкий прогрев периферийной части подины (400-500 °С) является одной из причин протека металла в подину при пуске электролизера [20].
В работе [21] Якунин и др. также указывают на то, что неравномерный и быстрый нагрев подины вызывает появление не только больших термических напряжений и образование трещин, но и повышенную усадку подовой массы в межблочных швах, плохое качество коксования, приводящее к снижению механической связи шва с подовым блоком.
В своей работе [21] Якунин и др. разделяют процесс обжига на два основных этапа: 1-й, когда протекают физические и физико-химические процессы, определяющие структуру и свойства межблочного шва, ответственного за образование монолита; 2-й, когда происходит простой нагрев подины до температур, близких к технологическим.
По их мнению, самый важный интервал температур, во время которых спекается масса является 200-500 °С. Оптимальной скоростью роста температуры на этом участке авторы считают 20 °С/ч.
Скорость роста температуры на втором этапе ограничивается только возможностью возникновения в подине высоких термических напряжений.
Напротив, Славин [15] приводит результаты исследования физикомеханических свойств антрацитовой и коксовой подовой массы после обжига с различной скоростью и отмечает незначительное изменение свойств даже при увеличении скорости обжига с 100 до 1200 °С/ч. Исходя из результатов экспериментов, автор приходит к выводу о возможности интенсификации обжига и описывает разные способы обжига, позволяющие повысить скорость и конечную температуру подины после обжига.
В [22] Белицкус приводит результаты исследований влияния состава подовой массы и интенсивности обжига на свойства шва. Изменение гранулометрического состава антрацита, прокаленного в электропечи в довольно широком диапазоне температур оказывает сравнительно небольшое