Исследование МГД-характеристик алюминиевых электролизеров и усовершенствование методов их расчета

• Автор: Павлов, Алексей Валерьевич
• Шифр специальности: 05.16.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 145 с.

СОДЕРЖАНИЕ
4
ВВЕДЕНИЕ

1. Аналитический обзор

1.1.Влияние МГДявлений на технологический процесс электролиза алюминия и требования к МГДхарактеристикам электролизера 7

1.2. Методики учета ферромагнитных масс при моделировании МГД

1.3. Мероприятия по улучшению МГДхарактеристик электролизера за счет использования ферромагнитного эффекта

1.4. Заключение

2. Экспериментальные исследования магнитных свойств ферромагнитных элементов электролизера и разработка математической модели по их описанию

2.1 .Методика исследования магнитных свойств ферромагнитных элементов электролизера

2.2.Методика отбора промышленных образцов

2.3.Методика определения магнитных свойств образцов
2.4.Результаты определения магнитных свойств образцов и математическая модель по их описанию
2.5.Заключение
3. Анализ МГДхарактеристик и усовершенствование критериев оценки магнитного поля алюминиевых электролизеров
3.1 .Методика исследования магнитного поля электролизера 3.2.Особенности формирования магнитного поля электролизеров с боковым
токоподводом
3.3. Особенности формирования магнитного поля электролизеров с верхним токоподводом
3.4. Особенности формирования магнитного поля электролизеров с обожженными анодами
процессов в алюминиевом электролизере
3.5. Разработка формулы для прогнозирования выхода по току по распределению магнитного поля электролизера
3.6. Заключение
4. Основные направления по усовершенствованию МГДхарактеристик
алюминиевого электролизера
4.1.Трехмерная математическая модель расчета МГДпарамстров электролизера с учетом ферромагнитных элементов конструкции
4.2.Использование ферромагнитных экранов
4.3.Оптимизация расположения плит перекрытий рифленок
4.4.Усовершенствование схем ошиновок электролизеров
4.5.Заключение
ВЫВОДЫ
Литература


В случае технологических нарушений планарные составляющие вектора плотности тока могут доходить до уровня вертикальной компоненты и даже превышать его [1]. Вх, Ву, Вг -составляющие индукции магнитного поля, Тл. Конфигурация магнитного поля в металле алюминиевого электролизера в основном формируется его токоведущими элементами (табл. Единицей магнитной индукции в системе СИ являются тесла (Тл), в гауссовой системе - гаусс (Гс), при этом I Тл= 4 Гс. Единицей напряженности магнитного поля является ампер на метр (А/м), в гауссовой системе - эрстед (Э), при этом 1 А/м = 4п/3 Э= . Таблица 1. Вопросу влияния МГД-явлений на технологический процесс электролитического получения алюминия посвящено множество работ [1-],. Перекос поверхности металла на промышленных электролизерах обычно составляет 2-5 см [1,2,8]. Приводит к изменению междуполюсного расстояния (МПР), а в некоторых случаях к локальным замыканиям катодного металла на анод. Циркуляция металла, максимальная скорость которой может превышать см/с [-]. Снижает выход по току за счет переноса алюминия к аноду с последующим окислением анодными газами. Колебания поверхности металла. Определяются по колебаниям рабочего напряжения ванны. В ряде работ сформулированы условия распределения магнитного поля для наиболее благоприятного баланса электромагнитных сил в металле. Для электролизера с поперечным расположением в корпусе (см. Антисимметричное распределение значений Вх относительно плоскости ХОЪ ( антисимметричное распределение относительно плоскости -случай , когда компонента имеет совокупность точек симметрично расположенных относительно этой плоскости , но разных по знаку). Рис. Разделение шахты электролизера по четвертям. Межфазная плоскость электролит/металл стала «крышеобразной» и симметричной относительно плоскости XOZ . Перекос зеркала металла стал минимальным, а граница электролит/ металл - плоской при выполнении условия (2). При изменении сопротивления ванны не наблюдается движение металла. В работе [2] основное внимание уделяется распределению компонент Вг и Вх , т. При продольном расположении электролизера в корпусе решающую роль в МГД-процессах играют компоненты поля Ву и Вг . Данное суждение является классическим и встречается практически во всех работах , написанных по этой теме. В работе [3] кроме требования к антисимметричному распределению компонент Вх и Ву , указана необходимость минимизации абсолютных значений всех составляющих магнитного поля, но пределы для такой минимизации не приведены. Необходимо отметить, чго условие минимизации всех составляющих магнитного поля в случае модернизации ошиновки электролизера, работающего на определенной силе тока реализовать не возможно по закону полного тока (3). АНх|шах, |ДНу|шах, [АНгІтах- разность максимальных значений компонент напряженности поля в торцах электролизера. В данных зависимостях не учтены значения продольной компоненты магнитного поля, максимальное значение выхода по току составляет . Hz! AHz/max-0. Ну/max•jAHyjmax (4); rj-. HzImax*/AHzfmax-0. Hx/? Расчет по данной формуле можно произвести только по результатам компьютерного моделирования, т. Методики учета ферромагнитных масс при моделировании МГД-процессов в алюминиевом электролизере. Вопросу влияния ферромагнитных конструкций электролизера на распределение магнитного поля уделяется постоянное внимание. Природа этого влияния обусловлена свойствами особого класса магнитных веществ -ферромагнетиков. Ферромагнитные элементы перераспределяют магнитное поле электролизера в зависимости от степени магнитного насыщения, формы и расположения их в конструкции. Степень магнитного насыщения определяется магнитными свойствами материала по зависимости индукции от напряженности магнитного поля (В-Н). Робл получил данные о том [7], что магнитные свойства материалов промышленного электролизера ОЛ изменяются в зависимости от температуры, содержания углерода и азота в стали (рис. При температуре 0-0°С содержание углерода увеличивается до 2% за время - лет, при температуре 0-0°С - за лет, при температуре 0-0°С за 0.