Снижение энергозатрат при электролитическом производстве алюминия за счет применения хромуглеродсодержащих покрытий блюмсов

• Автор: Гамаюнов, Иван Геннадьевич
• Шифр специальности: 05.16.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Иркутск
• Количество страниц: 144 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР КАТОДНОГО УСТРОЙСТВА АЛЮМИНИЕВЫХ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРОВ

1.1 Напряжение на электролизере

Конструкции катодного устройства алюминиевых электролизеров

1.3 Катодный кожух электролизеров

1.4 Футеровка катодного кожуха

1.5 Монтаж подины

1.6 Подготовка подовых блоков и сборка катодных секций

1.7 Причины выхода из строя катода

1.8 Виды аварий катода

1.9 Механизмы разрушения катода
1Л 0 Способы защиты металлов от коррозии 1Л1 Защитные покрытия
Выводы по литературному обзору и формирование задач исследования
ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ОПТИМИЗА1Ш ТОКОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ
2 1 Влияние конструктивных и технологических решений на срок
х 1 службы электролизеров
2.2 Распределение тока в подине
2.3 Исследования распределения тока в подине
2.4 Влияние распределения тока на работу подины
2.5 Электрические переходные контакты
2.6 Расчет падения напряжения в катоде электролизера
2.7 Электрические переходные контакты алюминий сталь
2.8 Выводы по главе
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ СТАЛИ И
ХРОМСОДЕРЖАЩИХ ПОКРЫТИЙ С РАС ЛАВЛЕН1ЫМ
АЛЮМИНИЕМ
3.1 Методика получения порошка мелкодисперсного графита
3.2 Определение гранулометрического состава на лазерном дифракционном анализаторе
3.3 Результаты измерений гранулометрического состава порошка графита после диспергирования на бисерной мельнице
3.4 Методика нанесения хромуглеродсодержащего покрытия
3.5 Рентгеноструктурный анализ покрытия
3.6 Испытания стали с хромуглеродсодержащим покрытием
3.7 Расчет количества железа, поступающего в электролизер
3.8 Выводы по главе
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ПАДЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ В
КОНТАКТЕ БЛЮМС ПОДОВЫЙ БЛОК
4.1 Методика исследование падения напряжения в контакте блюмс подовый блок
4.2 Расчет ожидаемой экономической эффективности
4.3 Расчет затрат на нанесение композиционных хромуглеродсодержащих покрытий на поверхность блюмса
4.4 Выводы по главе
Заключение
Список литературы
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность


ПРОБЛЕМЫ ТОКОПОДВОДА КАТОДНОГО УСТРОЙСТВА АЛЮМИНИЕВЫХ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРОВ. Для того чтобы получить алюминий из глинозема, растворенного в расплавленном криолите и при этом поддержать необходимую температуру расплава над системой «алюминиевый электролизер», нужно совершить электрическую работу, в результате которой происходит изменение энтальпии (состояния веществ, участвующих в процессе) и передача тепла во внешнюю среду. Электрическая работа У - работа по перемещению заряда ц в электрическом поле с напряжением и. У = 1хтхи = ? О - тепло, передаваемое в окружающую среду, Р- давление, V- объем. Приложенная электрическая работа, и, как следствие, напряжение и, обусловлена материальным балансом и конструкцией электролизера. Следовательно, все действия, направленные на снижение напряжения, должны сопровождаться изменением конструкции либо изменением технологических параметров (оптимизация состава электролита, уменьшение плотности тока). Для разных типов ванн и технологических приемов напряжение колеблется от 3. В. Ширина этого коридора зависит не только от конструкции ванны, но и от того какие границы используются для определения баланса напряжений. Па рисунке 1. Хаупину (Наирш)[]. Рис. Напряжение разложения ~ 1. Анодное концентрационное перенапряжение ц ~ 0. Катодное концентрационное перенапряжение ц ~ 0. Падение напряжение в электролите, связанное с его омическим сопротивлением, (1><К ) ~ 1. Я ) ~ 0. Падение напряжение в анодном узле (1хЯ ) ~ 0. В для ОА и ~ 0. В для анодов Содерберга. Я ) ~ 0. Потери напряжение в ошиновке (1*1^ ) до ~ 0. Дополнительное напряжение, связанное с АЭ Ли до ~ 0. Е + 1 х (Я. Я + Я. В2+2. Анализ зависимости паления напряжения на ванне от срока ее службы на КрАЗе и БрАЗе показал, что в среднем за месяц перепад в катоде увеличивается на I мВ. Характерное падение напряжение в катоде для нашей технологии составляет приблизительно 0. Сумма падений напряжений на различных участках составляет общее падение напряжение электролизера. Е + ЛИ . ЛИ . АСУТП. МПР. На практике, стабильный энергетический режим достигается, когда подобранное заданное напряжение соответствует рабочему напряжению электролизера. В условиях различных конструкций, сроков службы, состояния штырей и других индивидуальных особенностей электролизеров подбор заданного напряжения является одной из главных задач управления технологическим процессом в корпусе. Сегодня она решается индивидуально старшим мастером (мастером-технологом) и успех управления в основном зависит от его личных качеств. Анализ работы электролизеров с приблизительно равным сроком службы и одинаковой конструкцией катода показал, что заданное напряжение между ваннами может отличаться на сотни милливольт! Это означает, что абсолютно одинаковые ванны могут работать с МПР, отличающимся на величину до 1. ВтЧч/тА1 и выходом по току - на несколько процентов. Потому в условиях развитой базы компьютерного моделирования, средств автоматизации и контроля электролиза алюминиевые заводы ставят задачи стандартизации управления энергетическим режимом электролизеров, через стандартизацию приемов подбора заданного напряжения []. По мнению многих авторов [1,2,]падение напряжения в блюмсах, подине и в контакте "блюмс-подовый блок" являются самыми важными компонентами общего перепада напряжения в катоде в электролизерах. В то время, как потеря напряжения в блюмсе только слегка меняется с возрастанием срока службы электролизера, а удельное электросопротивление подины с течением времени уменьшается по мере ее графитизации, то перепад напряжения в контакте быстро увеличивается с течением времени и становится главным фактором падения напряжения в катоде. Ухудшение контакта является следствием образования интерметаллических соединений на поверхности катодного стержня. Катодное устройство электролизеров подробно рассмотрено в работах [1-3], поэтому здесь приведены лишь основные положения. По мере развития алюминиевой промышленности катодное устройство постоянно совершенствуется с целью снижения потерь энергии в нем и, самое главное, увеличения срока его службы.