Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Исследование процессов, влияющих на состояние футеровки катода алюминиевого электролизера Лукин Николай Анатольевич

Исследование процессов, влияющих на состояние футеровки катода алюминиевого электролизера
<
Исследование процессов, влияющих на состояние футеровки катода алюминиевого электролизера Исследование процессов, влияющих на состояние футеровки катода алюминиевого электролизера Исследование процессов, влияющих на состояние футеровки катода алюминиевого электролизера Исследование процессов, влияющих на состояние футеровки катода алюминиевого электролизера Исследование процессов, влияющих на состояние футеровки катода алюминиевого электролизера Исследование процессов, влияющих на состояние футеровки катода алюминиевого электролизера Исследование процессов, влияющих на состояние футеровки катода алюминиевого электролизера Исследование процессов, влияющих на состояние футеровки катода алюминиевого электролизера Исследование процессов, влияющих на состояние футеровки катода алюминиевого электролизера Исследование процессов, влияющих на состояние футеровки катода алюминиевого электролизера Исследование процессов, влияющих на состояние футеровки катода алюминиевого электролизера Исследование процессов, влияющих на состояние футеровки катода алюминиевого электролизера
>

Данный автореферат диссертации должен поступить в библиотеки в ближайшее время
Уведомить о поступлении

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - 240 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Лукин Николай Анатольевич. Исследование процессов, влияющих на состояние футеровки катода алюминиевого электролизера : Дис. ... канд. техн. наук : 05.16.02 СПб., 2006 113 с. РГБ ОД, 61:06-5/1881

Содержание к диссертации

Введение

ГЛАВА 1. Литературно-аналитический обзор и формулировка задачи исследований 6

Выводы по главе 1 24

ГЛАВА 2. Исследование процесса проникновения калия в футеровку катода алюминиевого электролизера 26

2.1. Разработка методики исследований 26

2.2. Расчеты балансов поступления калия 30

2.3. Обсуждение результатов .„ 32

2.4. Выводы по главе 2 38

ГЛАВА 3. Разработка методики и определение состояния подины катода электролизера 40

3.1. Разработка методики определения состояния подины катода 40

3.2. Анализ результатов измерений и разработка технических решений по футеровке подины катода 47

3.3. Выводы по главе 3 64

ГЛАВА 4. Изучение эксплуатационной стойкости изделий боковой футеровки катода 66

4.1. Разработка методики определения эксплуатационной стойкости боковых блоков футеровки катода 66

4.2. Определение эксплуатационной стойкости карбид-кремниевых плит и клеящих мастик 70

4.3. Определение эксплуатационной стойкости боковых углеграфитовых блоков, содержащих карбид кремния . 78

4.4. Выводы по главе 4 87

ГЛАВА 5. Расчет экономического эффекта 88

Выводы 92

Список литературы

Введение к работе

В России работают 11 алюминиевых заводов, на которых установлены алюминиевые электролизеры трех типов: с предварительно обожженными анодами (ОА) и с самообжигающимися анодами с боковым (БТ) и верхним токоподводом (ВТ).

Электролизеры наиболее старой конструкции - БТ - эксплуатируются на 5 заводах. На четырех заводах, пущенных в 60-70 гг. прошлого века, работают электролизеры ВТ. Техническое перевооружение действующих серий электролизеров БТ и ВТ с заменой их на электролизеры ОА представляется в данное время важнейшей стратегической задачей алюминиевой промышленности России.

Техника указанной реконструкции электролизеров БТ и ВТ изучена недостаточно. Реализация программ технического перевооружения из-за отсутствия эффективных проектов и инвестиций на большинстве предприятий откладывается на длительное время. Требуется разработка новых технических решений, хотя в этой области достигнуты определенные успехи: разработаны и внедрены системы автоматического управления процессом электролиза, усовершенствована технология самообжигающегося анода, внедряются новые, более прочные металлические катодные кожухи шпангоутного типа с днищем, которыми во время капитального ремонта электролизеров заменяются старые кожухи рамного и контрфорсного типа.

Наименее значимые успехи имеются в части увеличения продолжительности кампании электролизеров.

Срок службы электролизеров на российских алюминиевых заводах за последние 15-20 лет увеличился незначительно и сейчас он заметно ниже, чем на электролизерах ведущих зарубежных фирм (6-7 лет). Обращает на себя внимание разброс значений срока службы даже на однотипных электролизерах. Например, на электролизерах с боковым токоподводом срок службы колеблется от 43 до 59 месяцев. На более мощных электролизерах с верхним токоподводом срок службы еще ниже и находится в пределах 42-48 месяцев.

На срок службы электролизеров влияет большое количество различных факторов - от технологических до конъюнктурных.

К числу процессов, влияющих на футеровку катода алюминиевого электролизера, относится внедрение калия в углеродную подину. В известной мере эта проблема важна прежде всего для российской алюминиевой промышленности, поскольку в России часть глинозема производится из нефелинов и алунитов, содержащих много калия. Между тем, до последнего времени процесс перехода калия из расплава в подину изучен недостаточно.

Одна из важнейших причин малого срока службы - неудовлетворительное, по современным понятиям, качество футеровочных изделий, которые используются на российских алюминиевых заводах. Новые высококачественные футеровочные материалы (подовые и боковые блоки, огнеупорные, барьерные и теплоизоляционные кирпичи), обеспечивающие большую продолжительность кампании электролизеров на зарубежных заводах, известны. Они выпускаются зарубежными фирмами и намного дороже отечественных.

Отчасти по этой причине на многих российских алюминиевых заводах при модернизации электролизеров старых конструкций — с самообжигающимися анодами с верхним и боковым токоподводом - эти новые высококачественные и дорогие импортные изделия для футеровки катодов применяются сравнительно редко.

Существует задача найти футеровочные изделия со свойствами, аналогичными или близкими свойствам высококачественных зарубежных футеровок, но менее дорогих, чтобы заменить ими старые малоэффективные футеровочные материалы, которые применяются сейчас на электролизерах БТ и ВТ. Для решения этой задачи по нашей инициативе и с нашим участием был проведен комплекс исследовательских работ.

В последние годы в России и в Украине начали производить футеровочные материалы, подобные по некоторым характеристикам лучшим зарубежным образцам. Но в

5 спецификациях на эти футеровочные материалы, как правило, отсутствует характеристика их эксплуатационной стойкости в криолитоглиноземном расплаве.

Существующие и используемые на российских заводах методики определения эксплуатационной стойкости этих материалов в большинстве своем несовершенны, и с их помощью не всегда можно получить достоверную информацию.

Традиционные методы оценки стойкости новых футеровочных материалов — это длительные испытания опытных электролизеров, продолжающиеся по 3-4 года от пуска до отключения этих электролизеров на капитальный ремонт, которые не позволяют быстро и всесторонне оценить эти новые материалы и принять обоснованные решения по их использованию. Существующие лабораторные методики не всегда позволяют получить надежную информацию в нужном объеме. Поэтому важной задачей является разработка простых и надежных методик, позволяющих ускорить исследования и получение точной информации для разработки более совершенных технических решений.

Диссертация посвящена исследованию процессов, негативно влияющих на эксплуатационную стойкость футеровки катода, и поиску путей к предотвращению этого влияния, а именно:

проникновения калия в углеродную футеровку подины катода; - перемещения алюминия в футеровке подины, проникшего в нее через ее локальные разрушения;

механизма разрушения подовых и боковых блоков футеровки; ухудшения свойств огнеупорных кирпичей, защищающих теплоизоляционную

футеровку подины.

Исследования были проведены, в основном, на электролизерах Надвоицкого алюминиевого завода и в ВАМИ в 2002-2005 гг. В некоторых случаях эксперименты были сделаны на других заводах и НИИ.

Расчеты балансов поступления калия

На НАЗе содержание калия в электролите в 1974, 75 и 76 годах было высоким - от 0,91 до 0,98 %. С 1976 года оно стало снижаться и в 1982 году составляло 0,55 %, хотя поставщик глинозема (ППГО) и не изменился. За этот период изменилось содержание калия в глиноземе ППГО, причем в 1976 г. оно было максимальным - 0,065 %, затем стало снижаться, и в 1981 году было минимальным - 0,041 %. Динамика изменения содержания калия в глиноземе соответствует изменению содержания калия в электролите электролизеров НАЗа. Анализы проб электролита показали, что содержание калия в них также соответствует содержанию его в глиноземе, загружаемом в эти электролизеры. В глиноземе Богословского завода содержание калия равно 0,023%, Пикалевского - 0,061-0,074%. В электролите электролизеров, работающих на богословском глиноземе, содержание калия равно 0,20 -0,46%, на пикалевском глиноземе - 1,1%. Следует отметить, что это экстремально высокое значение. По данным [20] в 1974-81 гг. столь стабильно высокие значения содержания калия в глиноземе были на Сумгаитском алюминиевом заводе, работавшем на глиноземе КирАЗа, использовавшем в качестве сырья алуниты.

Повышенное содержание калия было зафиксировано также на ВАЗе, работавшем на глиноземе из нефелинов.

Сейчас пока неизвестны методы очистки глинозема от калия. Целесообразно было бы поставить исследовательскую работу с целью разработки и оценки таких методов на стадии получения глинозема.

Для уменьшения поступления калия в электролит в критических ситуациях можно чередовать глинозем с высоким его содержанием с глиноземом, где калия много меньше.

Например, при таком чередовании богословского глинозема с пикалевским в соотношении 1:1 можно было бы снизить среднее содержание калия в таком «условном» глиноземе до значения 0,046%. При прочих равных свойствах (крупность и др.) целесообразно использовать глинозем с высоким содержанием калия для электролизеров, подины которых футерованы подовыми блоками, имеющими меньшее значение теста Рапопорта.

Механизм перехода калия в подину при современных технологиях обжига катодов, пуска и эксплуатации электролизеров был практически не изучен. При увеличении содержания калия в электролите возрастает и его содержание в подовых блоках.

В процессе эксплуатации калий переходит в углеродную подину постоянно. Большое практическое значение имеет определение скорости перехода калия в подину на различных стадиях работы электролизера - во время пуска и после него во время всей остальной кампании. Логично предположить, что скорости перехода калия в подину во время пуска и эксплуатации электролизера различны, поскольку различны и условия такого перехода.

На большинстве алюминиевых заводов сейчас обжиг подины после капитального ремонта осуществляется с помощью горелок, после чего в шахту заливается электролит, взятый из ванн-маток. Таким образом, углеродная подина некоторое время находится в непосредственном контакте с электролитом, обогащенным калием. При способе обжига подины заливкой жидкого алюминия, применявшемся ранее, непосредственный контакт подины с электролитом отсутствует и у калия остается единственный путь попадания в подину - через слой расплавленного алюминия.

Содержание калия в алюминии практически остается неизменным и незначительным - около 1 10"3 % в течение всей кампании.

Пробы для анализов отбирали из подины электролизера, проработавшего 13 месяцев и отключенного на плановую реконструкцию при сортности металла А8. Последние несколько месяцев в электролизер загружали пикалевский глинозем.

Результаты анализов образцов на содержание калия приведены в протоколах сертификационных испытаний № 26 и 27 (см. Приложение). Электролизер был в свое время пущен комбинированным методом, т.е. в период пуска подина находилась в прямом контакте с электролитом, примерно, двое суток до заливки металла.

После заливки электролита в подключенном электролизере на подине появляется в результате электролиза алюминий и поэтому площадь контакта электролит-подина начинает сокращаться.

После образования на подине слоя расплавленного алюминия калий переходит из электролита в алюминий и из него - в подину на протяжении 1,5-2 лет [4, 5, 22]. Следует, однако, отметить, что за это время, по завершении которого графитизировавшаяся подина делается труднодоступной для натрия и калия, в ней могут произойти такие разрушения, на развитие которых будут влиять уже другие процессы, например, интенсивный отвод тепла через трещины в межблочных швах, заполненных алюминием. По мере естественной графитизации подины процесс перехода калия, очевидно, замедляется. Можно предположить, что скорость перехода калия из металла в подину значительно ниже, чем из электролита, поскольку содержание калия в металле, как показывают результаты анализов, весьма невелико. Время контакта металл - подина гораздо больше времени контакта электролит - подина и поэтому за 1,5-2 года до окончания процесса графитизации подины в нее из металла переходит много калия. По нашей инициативе и по нашим методикам были проведены аналогичные исследования на ВгАЗе [23].

Содержание калия в образцах подины (при сухой ее выбойке), взятых из верхней ее части на электролизере ВгАЗа, проработавшем 3,5 года, составляет -0,30% [23].

Электролизер НАЗа проработал до отключения 13 месяцев и содержание калия в образцах подины, взятых из ее верхней части, составляет 0,20- 0,26%. Из сопоставления этих данных можно сделать вывод о том, что в электролизере процесс перехода калия в подину был близок к завершению.

Анализ результатов измерений и разработка технических решений по футеровке подины катода

Поиски аналогов производились по кирпичам "Alubar-1100" фирмы "Simonsen" и подовым блокам с увеличенным содержанием графита. Высокие качества огнеупорных кирпичей "Alubar-1100" были подтверждены при эксплуатации электролизеров с обожженными анодами на НАЗе. Близкие по свойствам подовым блокам марки 3GE являются блоки с добавками 50 и 70% графита, изготовленные фирмой «Укрграфит».

Поиски аналога высококачественным огнеупорным кирпичам производили, используя следующую информацию о свойствах огнеупорных изделий и о влиянии специфических условий, в которых они находятся в действующих электролизерах.

Коррозионная стойкость огнеупорных материалов зависит от химической природы электролита и огнеупора. В футеровке алюминиевых электролизеров используются алюмосиликатные (шамотные) огнеупорные изделия. По своей химической природе шамотные огнеупоры относятся к нейтральным материалам. Они лучше противостоят разрушающему воздействию как кислых, так и основных (щелочных) расплавов, чем огнеупоры магнезитовые или хромитовые [30].

Высокая вязкость жидкой фазы, образующейся в этих огнеупорах при контакте с расплавом электролита алюминиевого электролизера, затрудняет проникновение в нее фторсолей. Это обстоятельство, а также отсутствие резкого различия в химической природе и, следовательно, в скорости растворения стекловидной фазы и равномерно распределенных в ней мелких кристаллов муллита и кристобалита способствуют тому, что процесс растворения шамотных изделий в электролите протекает по поверхности их соприкосновения, [30].

Разрушение основных (магнезитовых, хромитовых) огнеупоров при контакте с расплавом электролита протекает иначе. Низкая устойчивость связующей части, состоящей из магнезиальной стеклофазы и монтичеллита приводит к обогащению магнезиального стекла компонентами электролита. Изменение состава, количества этого стекла и резкое снижение его вязкости обуславливает способность жидкой фазы передвигаться вглубь огнеупора, в его более холодные части. Проникновение жидкой фазы вглубь огнеупора происходит как за счет капиллярного всасывания, так и в результате диффузии. Шамотные (полукислые) огнеупоры, содержащие 16-28 % АЬОз и до 80 % Si02, образуют с компонентами криолитоглиноземного расплава чрезвычайно вязкий состав электролита, который препятствует дальнейшему проникновению фторсопей вглубь огнеупора [30]. Увеличение содержания оксида алюминия сверх 28-30 % ведет к снижению криолитоустойчивости шамотных огнеупоров. Процесс разрушения огнеупорного материала протекает по реакции: 4NaF + 3Si02 + 2А1203 = 3NaAlSi04 + 4NaAlF4.

Высокостойкий шамотный огиеупор в отличие от рядовых шамотных кирпичей должен удовлетворять ряду специальных требований, не регламентируемых ГОСТом на шамотные огнеупоры [34,35, 36, 37, 38, 39]. 4. Повышенная плотность ( 2 г/см3) Чем выше плотность изделия, тем меньше поверхность соприкосновения с расплавом криолита, следовательно выше криолитоустойчивость. 2. Низкое содержание примесей-плавней ( 3 %).

Слабым местом огнеупорных материалов, с которого начинается процесс разъедания, является жидкая фаза, которая образуется за счет примесей-плавней. Увеличение количества жидкой фазы, снижение ее вязкости ведет к вымыванию криолитоустойчивых кристаллических фаз шамота (муллит [ЗА120з 2Si02] и кристобалит {Si02]). Поэтому чистота материала является важнейшим требованием, предъявляемым к химически стойкому огнеупору. 3. Тонкодисперсная структура (размер пор до 5 мкм).

Такая структура повышает монолитность шамотных изделий и затрудняет проникновение расплава электролита в столь мелкие поры. 4. Жесткие предельные отклонения по размерам изделий. Размеры изделия, мм Предельные отклонения, мм длина 250 + 2 ширина 125 ±1,5 толщина 65 ± 1,0

Выполнение указанного требования позволяет производить кладку изделий с минимальной толщиной шва.

Проведенный поиск позволил выбрать 2 близких по своим свойствам шамотных огнеупора - "Alubar 1100" и ШБ-8, который изготавливается на Сухоложском огнеупорном заводе [37]. Высокие качества огнеупорных кирпичей "Alubar-1100" были подтверждены при эксплуатации электролизеров с обожженными анодами на НАЗе.

Определение эксплуатационной стойкости карбид-кремниевых плит и клеящих мастик

Известны и применяются несколько методик для определения стойкости боковых блоков футеровки катода.

Разрушаемость боковых блоков определяют по «Методике выполнения измерений окисляемости и осыпаемости образцов обожженных анодных блоков в токе углекислого газа».

Испытания образцов диаметром 36 мм и высотой 40 мм проводят при 950С в токе СОг, подаваемого в реторту со скоростью 4,25 л/мин. в течение 2,5 часов. Окисляемость и осыпаемость определяется по потере массы образцов, а также массы осыпавшейся части. Расчет скорости процессов проводят по формулам: Рі-(Р2 + Рз) 0к = Sxi Рз Sxi где: Ok - окисляемость образца, мг/см -ч Ос - осыпаемость образца, мг/см2-ч Pi - масса образца до испытания, мг Рг - масса очищенного образца после испытания, мг Рз - масса осыпавшейся части, мг і - продолжительность испытаний, ч S - поверхность образца, см2 Известна «Методика определения криолитоустойчивости тигельным методом» (ISO/DJS 5022 of PRE/R7). Эта методика предназначена для определения стойкости блоков боковой футеровки электролизера, находящихся в прямом контакте с электролитом. Методика разработана Санкт-Петербургским институтом огнеупоров (СПб ИО).

Для испытаний используют образцы размерами 80x80x65 мм с глухим отверстием (тиглем) 0 40 мм и глубиной 35 мм в центре грани 80 х 80 мм. Крышка размерами 80 х 80 х 10 мм изготавливается из того же материала, что и образец.

В глухое отверстие (тигель) помещают прессованную таблетку криолита 0 36 мм высотой 34 мм. Круговой зазор уплотняют мелкозернистым порошком криолита. При установке крышки на нее наносят пластифицированный мертель из материала образца.

В качестве криолита используют электролит из электролизеров завода, на котором будут впоследствии производиться промышленные испытания данных футеровочных материалов. Испытания проводят в электрической печи с выдержкой при 950С в течение 24 часов. После охлаждения образцы разрезают вертикально по диагонали сечения 80 х 80 мм и исследуют.

Оценку криолитоустойчивости производят по изменению линейных размеров тигля, величине зон взаимодействия, характеру эрозии и пропитки.

Недостатком методики определения разрушаемое образцов в токе СОг является несоответствие условий воздействия на образцы по методике и при реальном электролизе. Поэтому результаты, полученные по этой методике, могут быть оценены лишь как ориентировочные.

Тигельный метод определения криолитоустойчивости более близок к реальной ситуации, в которой находятся плиты боковой футеровки, однако он также имеет существенные недостатки.

Испытания проводятся в течение 24 часов, что явно недостаточно для характеристики стойкости образцов. Можно увеличить срок выдержки, но это связано (как, впрочем, и круглосуточный период) с неудобствами обслуживания эксперимента.

Недостатком тигельного метода является также далеко не полное моделирование важнейших факторов, влияющих на пропитку образца, которые действуют в расплаве электролизера. На разрушение боковой футеровки влияет, например, циркуляция расплава в шахте электролизера, которую невозможно воспроизвести при тигельном методе. Изготовить ячейку из углеродного материала несложно, но сделать ее из карбида кремния или угольной плиты с высоким содержанием кремния можно только с помощью специального оборудования из-за весьма высокой твердости материала.

Учитывая недостатки обоих методов мы разработали новую методику определения стойкости боковой футеровки в расплаве.

Основные требования, предъявляемые к любой методике, - простота оформления эксперимента и надежность результатов. Боковые плиты шахты электролизера находятся в опасной ситуации в периоды непосредственного контакта с расплавом, когда на стенках шахты отсутствует защитный гарниссаж. Непосредственный контакт боковой футеровки с расплавом существует после пуска электролизера в течение 1+2 месяцев до образования гарниссажа. Такой контакт может возникнуть и в дальнейшем при эксплуатации электролизера; в этом случае он будет результатом расстройства технологического и энергетического режимов электролиза.

Одним из достоинств новой методики является возможность организации сравнительно простого и надежного входного контроля элементов боковой футеровки, которые в процессе эксплуатации непосредственно контактируют с электролитом. Такой контроль особенно важен для новых видов футеровочных изделий, которые еще не апробированы в процессе длительной промышленной эксплуатации.

О свойствах плит из карбида кремния, поставляемых изготовителями, судят по свойствам, указанным в сертификатах: кажущейся плотности, пористости, пределу прочности при сжатии и изгибе, содержанию SiC. Эта информация в сертификатах не всегда характеризует качество плит. Иногда при одинаковых значениях этих характеристик плиты заметно отличаются по стойкости в криолитоглиноземном расплаве. Поэтому определение эксплуатационной стойкости новых футеровочных изделий является обязательным.

Основное отличие новой методики от прежних заключается в том, что испытания плит производятся в условиях максимально приближенных к тем, в которых они находятся в действующем электролизере.

По разработанной нами методике блоки футеровки могут размещаться в шахте промышленного электролизера в период обжига подины и в расплаве во время его эксплуатации.

Определение эксплуатационной стойкости боковых углеграфитовых блоков, содержащих карбид кремния

Верхние части всех образцов, находившиеся во время испытаний в слое глинозема и на воздухе оказались разрушенными из-за окисления кислородом воздуха.

Части блоков, погруженные в расплав, не разрушились и сохранили монолитность, но их вес и геометрические параметры изменились под действием химически агрессивного расплава.

У извлеченных из расплава образцов была удалена верхняя часть, которая выступала из расплава. Нижняя часть образцов, которая во время испытаний находилась в расплаве, сохранилась лучше, чем верхняя, находившаяся в электролите. После тщательной очистки от застывшего расплава образцы были измерены и взвешены.

Из данных таблицы № 31 видно, что стойкость в расплаве опытных блоков с 16% графита выше, чем рядовых углеграфитовых блоков, но значительно ниже, чем импортных карбидкрсмниевых.

1. Разработана методика определения эксплуатационной стойкости боковых блоков футеровки катода, в которой точно моделируются условия пребывания блоков в шахте в период пуска электролизера.

По новой методике определена эксплуатационная стойкость карбидкремниевых боковых плит, углеграфитовых плит, содержащих 16% SiC и углеграфитовывх плит без добавок.

2. Наибольшую эксплуатационную стойкость имеют карбидкремниевые боковые плиты со следующими характеристиками: массовая доля SiC - 73,5- -82,0 % кажущаяся плотность - более 2.58 г/см3 предел прочности на изгиб - более 30 МПа предел прочности на сжатие - 140 МПа открытая пористость - менее 19,0 % теплопроводность (800С) - 18,5 Вт/м-К.

3. Рыночная стоимость углеграфитовых боковых блоков, содержащих 16% SiC, значительно ниже карбидкремниевых, а их эксплуатационная стойкость ниже, чем карбидкремниевых блоков и выше, чем углеграфитовых без добавок SiC.

4. Испытаны пасты различного состава для приклеивания карбидкремниевых плит к стенкам металлического катодного кожуха. Лучшая паста имеет следующие свойства: объемная плотность - 1,9- 2,2 г/см3 пористость - 25 % содержание SiC - 70 %

Экономический эффект от внедрения разработок диссертации складывается из двух компонентов.

1. Увеличение производительности электролизёра за счёт увеличения силы тока IV серии электролизного цеха ОАО „ЗАлК" на 580 А при постоянной греющей мощности, так как при замене подовых блоков с содержанием 30 % графита на подовые блоки с содержанием 70% графита падение напряжения в катоде уменьшается на 29 мВ.

2. Увеличение срока службы электролизёра за счёт замены малоэффективных существующих углеграфитовых подовых и боковых блоков, огнеупорных кирпичей высококачественными футеровочными изделиями, сделанными в России и Украине. Греющая мощность электролизёра рассчитывается по формуле: Q = I-Urp, где: Q - греющая мощность, кВт-час; I - сила тока, кА Upp - греющее напряжение, В. Величина греющего напряжения определена из электрического баланса электролизёра и составляет 4,105 В.

Величина греющей мощности при снижении падения напряжения в катоде на 0,029 В снизится на AQ = Qi - Q2. Q, = 73,2 4,105 = 300,5 кВт-час Q2= 73,2 4,076 = 298,4 кВт/час AQ = 2,1 кВт/час. За счёт AQ можно увеличить силу тока серии на величину А I: AQ 103 2,1 103 д і = = = 515 А игр2 4,076 При увеличении силы тока на 515 А производительность электролизёра возрастёт на: q = 0,335 -1 - 24 - л Ю"3 где: q - увеличение производительности электролизёра, кг/сутки I - увеличение силы тока, А 0,335 - электрохимический эквивалент, г/(А-час.) 24 - количество часов в сутках, час г - выход по току, доли единицы, равный 0,88 (факт) q = 0.335 515 24 0,88 10 3 = 3,64 кг/сутки

Таким образом, при замене рядовых блоков ПБ-3 на блоки ПБ-7 можно увеличить силу тока на IV серии на 515 А и за счёт этого получить дополнительно на каждом электролизёре 3,64 кг алюминия в сутки.

При среднегодовом количестве действующих электролизёров IV серии 150,8 штук увеличение выпуска алюминия - сырца составит: q серии = 3,64 150,8 365 = 200353 кг Увеличение выпуска товарного алюминия IV серии составит q серии -200353/1,002= 199529 кг Прибыль от продажи дополнительного количества металла составит

П = (1785,63 - 1580,04) 199529 = 41021,16 долл. США, где: 1785,63 долл.США - цена реализации чушкового алюминия за I квартал 2005 года; 1580,04 долл.США - себестоимость чушкового алюминия за I квартал 2005 года.

Среднегодовая сметная стоимость капитального ремонта одного электролизёра с ПБ-3 при среднем сроке службы 55,5 месяцев составляет: 49020 : 55,5 12 = 10599 долл.США При модернизации футеровки катода замене подлежат следующие материалы: - углеграфитовые подовые блоки с содержанием графита 30 % - на подовые блоки производства ОАО «Укрграфит», содержащие 70 % графита; - углеграфитовые боковые блоки - на боковые блоки с добавками 16 - 18 % карбида кремния с установкой в торцах боковых блоков прямоугольного сечения вместо используемых в настоящее время трапецеидальных; - огнеупорные шамотные кирпичи ШПД-43 Запорожского завода огнеупоров на огнеупорные кирпичи марки ШБ-5 Сухоложского завода огнеупоров.

Похожие диссертации на Исследование процессов, влияющих на состояние футеровки катода алюминиевого электролизера