Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Пути улучшения эксплуатационных показателей электролизеров с верхним токоподводом . 9
1.1. Конструкции электролизеров. Технология электролиза 9
1.2. Показатели электролиза и пути их улучшения 10
1.3. Постановка задачи и программа исследований 41
ГЛАВА 2. Прогнозирование основных энерготехнологических показателей работы электролизеров содерберга при повышении силы тока . 44
2.1. Постановка задачи. Математическая модель 44
2.2. Методика численного решения 50
2.3. Результаты численных экспериментов по прогнозированию энерготехнологических показателей электролизеров. Сопоставление результатов расчетов с экспериментальными данными 57
2.4. Оценка предельных значений по увеличению силы тока 58
2.5. Выводы 72
ГЛАВА 3. Промышленные исследования электролизеров содерберга при повышенной токовой нагрузке 73
3.1. Конструктивные особенности исследуемых электролизеров 73
3.2. Пусковые характеристики опытных электролизеров 74
3.3. Послепусковой период и период нормальной эксплуатации 76
3.3.1. Технологические параметры 77
3.3.2. Тепловое состояние и энергетические показатели электролизеров 82
3.4. Выводы по результатам промышленных исследований опытных электролизеров 108
ГЛАВА 4. Разработка мероприятий по увеличению срока службы электролизеров содерберга при их эксплуатации на повышенной токовой нагрузке 110
4.1. Мероприятия по изменению технологических параметров эксплуатации при сезонном изменении температуры окружающего воздуха 111
4.2. Модернизация конструкций электролизеров 117
4.3. Выводы 126
ГЛАВА 5. Оценка погрешности экспериментальных исследований 128
Заключение 137
Литература 142
Приложения 153
- Показатели электролиза и пути их улучшения
- Оценка предельных значений по увеличению силы тока
- Тепловое состояние и энергетические показатели электролизеров
- Мероприятия по изменению технологических параметров эксплуатации при сезонном изменении температуры окружающего воздуха
Введение к работе
Основным способом получения алюминия в России и за рубежом является электролитический, который характеризуется значительными расходами электрической энергии на единицу готовой продукции (алюминия-сырца). Примерно половина подведенной на электролиз энергии теряется в окружающую среду.
Широкое распространение в электролитическом производстве получили электролизеры с самообжигающимися анодами (электролизеры Содерберга), в том числе с верхним токоподводом на силу тока 156 кА.
Уменьшение удельных затрат электроэнергии на 1 т металла может быть обеспечено при повышении срока службы электролизеров и их производительности, а также сокращения потерь подводимой энергии.
Рост производительности действующих электролизеров может быть достигнут за счет сокращения потерь металла (увеличения катодного выхода по току), а также за счет повышения силы тока на электролизерах с определенными проектными параметрами.
В отечественной и зарубежной литературе достаточно внимания уделено анализу факторов, способствующих повышению выхода по току и способам их реализации. Это, например, снижение криолитового отношения и поддержание оптимальной температуры электролита; оптимизация формы рабочего пространства ванны и поддержание оптимального межполюсного расстояния; улучшение токораспределения по катодным стержням и др.
Однако в литературе совершенно недостаточно внимания уделено вопросам интенсификации электролизного производства за счет повышения силы тока на электролизерах, особенно это относится к электролизерам на проектную силу тока 156 кА.
Таким образом, представляется целесообразным и необходимым проведение детальных исследований влияния на технологические, тепловые и энергетические показатели работы электролизеров повышения силы тока относительно проектной.
Объектом исследования были выбраны электролизеры с самообжигающимися анодами, верхним токоподводом на силу тока 156 кА.
Диссертационная работа выполнялась на ОАО «Братский алюминиевый завод».
Программа исследований формировалась в соответствии с научным направлением «Внедрить в электролизное производство высокоэффективные электролизеры Содерберга, эксплуатируемые на повышенной силе тока».
Экспериментальные исследования технологических, тепловых и энергетических показателей проводились на 12 электролизерах опытного участка корпуса № 11 ОАО «БрАЗ».
Научная новизна. Решение комплексной задачи определения технологических, тепловых и энергетичсеких показателей работы электролизеров Содерберга экспериментальным путем и методами математического моделирования.
Основные результаты, которые защищаются в работе: экспериментальные зависимости силы тока, рабочего напряжения; криолитового отношения; температур электролита и наружных поверхностей кожуха; уровней металла и электролита; падения напряжения в подине, аноде и ошиновке электролизеров, работающих на повышенной силе тока в период пуска, послепусковой период и в период нормальной эксплуатации; безразмерное уравнение для расчета температур поверхностей кожуха в послепусковой период в зависимости от времени, конструктивных и технологических параметров электролизеров; экспериментальные зависимости коэффициентов распределения тока по катодным стержням во времени, а по анодным штырям - от количества ненагруженных или слабонагруженных штырей; зависимости выхода по току, энергетического КПД, удельного расхода электроэнергии от времени для периода стабильной работы электролизеров; уравнение для определения энергетического КПД электролизеров в зависимости от технологических параметров процесса электролиза и конструктивных характеристик ванн; методика и результаты математического моделирования энерготехнологических показателей электролизеров; технологические и конструктивные мероприятия, направленные на увеличение срока службы электролизеров, эксплуатируемых на повышенной силе тока.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на научно-технических советах ОАО «Братский алюминиевый завод» и научно-технических конференциях Компании «Русский алюминий».
По теме диссертационной работы опубликовано 12 научных трудов.
Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы из 114 наименований и приложений. Работа содержит .... страниц машинописного текста, 36 рисунков, 17 таблиц и страниц приложений.
Во введении обосновывается актуальность и сформулирована цель работы.
В первой главе рассматриваются конструкции электролизеров и технология процесса электролиза. Анализируются показатели электролиза и пути их улучшения, основное внимание при этом уделено такому показателю, как выход по току. Долговечность работы электролизеров увязывается с формой рабочего пространства ванн. Также рассмотрены удельный расход электроэнергии и энергетический КПД электролизеров, влияние на эти показатели падения напряжения в подине и аноде, распределение тока в катодных стрежнях. і'Ш Сформулирована программа исследований.
Вторая глава посвящена прогнозированию основных энерготехнологических показателей. Приведены методика и результаты математического моделирования теплового состояния электролизеров и расчета теоретического энергетического баланса, результаты численных расчетов сопоставлены с данными промышленных экспериментов. Выполнена оценка предельных значений увеличения силы тока на опытных электролизерах.
В третьей главе приведены результаты промышленных исследований электролизеров. Даны пусковые характеристики опытных электролизеров. В послепусковом периоде и периоде нормальной эксплуатации электролизеров приводятся технологические параметры (сила тока и катодный выход по току, КО, температура электролита, рабочее напряжение, уровни металла и электролита), а также тепловое состояние и энергетические показатели электролизеров (температуры поверхностей кожуха, распределение тока по катодным стержням и анодным штырям, удельный расход электроэнергии и энергетический КПД). Полученные экспериментальные данные обобщены в виде соответствующих зависимостей для безразмерной температуры поверхностей кожуха, равномерности токораспределения по катодным стержням и анодным штырям, энергетического КПД. Сделаны выводы по результатам промышленных исследований.
Четвертая глава посвящена разработке мероприятий по увеличению срока службы электролизеров. Приведены мероприятия по изменению технологических параметров в летний и зимний периоды эксплуатации. Рассмотрено влияние на тепловое состояние и энерготехнологические показатели опытных электролизеров конструктивных изменений в катодном и анодном узлах.
В главе 5 приведены расчеты погрешностей при экспериментальных исследованиях опытных электролизеров.
В заключении сформулированы основные выводы по результатам работы.
В приложениях приведены в виде таблиц результаты измерения технологических, электрических и тепловых параметров, распределение тока по блюмсам и анодным штырям, показатели работы электролизеров после выхода на нормальный режим, а также перечень обозначений и сокращений.
Показатели электролиза и пути их улучшения
Факторы, влияющие на выход по току, исследовали авторы работы [11]. На 24 промышленных ваннах компании "Алкоа" (США) определяли выход по току с использованием методики кулонометрии с контролируемым потенциалом с растворением серебра, описанной в работе [12]. Исследования проводили на 6 сериях, работающих около 30 лет. Каждая серия содержала более 150 ванн с предварительно обожженными анодами и автоматической подачей глинозема точечного типа. Ванны работали при плотности тока 1 А/см и силе тока 125 кА. В ходе исследований контролировали напряжение, подачу А1203 , расход A1F3 , температуру, уровни металла и электролита и др.
Задачей проведенного исследования было найти ответы на два вопроса: - какой характер несет распределение г)т в типовой ванне? - какие операционные параметры, обычно контролируемые при помощи компьютера или оператором, наиболее значительно влияют на ВТ? В результате обобщения результатов авторы получили: - распределение является бимодальным (ванны с низкими значениями г\т подвергаются воздействию факторов, значительно отличающихся от тех, которые воздействуют на ванны с высокими значениями Гт); температура является наиболее существенным (более 99 % влияния) и важным (0,25 % "Иг/С) измеряемым параметром из воздействующих на г[т ; потери на электрическое короткое замыкание также весьма существенны (более 95 %) и почти столь же важны по влиянию на rT, как и температура. Из 24 исследованных электролизеров 83 % ванн характеризовались высокой степенью распределения (т(т = 93,5 %), 17 % - низкой (тт = 86,2 %), а общее распределение соответствовало среднему значению тт= 92,3 %. Анализируя различные значения величин выхода по току для электролизеров с ОА и электролизеров Содерберга, авторы работы [5] считают, что у первых гт выше за счет использования анодов небольших определяющих размеров и наоборот, более низкие значения Гт для электролизеров Содерберга обусловлены применением относительно широких анодов. Механизм потерь металла для этих электролизеров описан в работе [13]. Исследование зависимостей количественных характеристик массопередачи на границе металл - электролит от глубины погружения анода в электролит провели авторы работы [5] на имитационной модели электролизера. В результате исследований были получены следующие зависимости плотности потока массы металла jm/f , кг/м5-с и эффективного коэффициента диффузии D /f, м2/с Анализируя полученные на имитационной модели результаты, авторы статьи [5] делают вывод, что работа на высоких "зеркалах" металла обеспечивает меньшие его потери и достижение более высокого выхода по току. Объясняется это тем, что при постоянной глубине шахты большие "зеркала" обуславливают более низкие уровни электролита и глубины погружения анода в электролит. Считая, что основной причиной снижения выхода по току являются вторичные реакции взаимодействия растворенного алюминия с анодными газами, автор работы [14] сделал следующие выводы по влиянию КО на выход по току. При уменьшении КО растворимость натрия в электролите уменьшается, также уменьшается и растворимость натрия в алюминии, но слабее. Зависящая от содержания растворенного натрия в электролите электронная проводимость также уменьшается. При снижении КО растворимость алюминия в электролите несколько возрастает. Так как индивидуальная растворимость натрия выше, чем алюминия и она сильнее зависи о КО, о общая рас воримос ь алюминия при снижении К уменьшав ся. Одновременно падае и общая скорое ь рас ворения алюминия. Снижение общей рас воримос и алюминия и элек ронной проводимое при уменьшении КО приводи к возрас анию выхода по оку алюминия. По оценкам, возрас ание гт должно сое авля ь 5 % / КО. О рос е величины свиде ельс вуе акже уменьшение скорое и образования СО и С в элек роли при снижении КО. Уменьшение скорое и образования углерода означає снижение выхода угольной пены. Влияние изменения КО на удельный расход элек роэнергии можно оцени ь из следующего соо ношения Проведенный в рабо е [14] анализ показал, ч о с уменьшением КО увеличивае ся падение напряжения в элек роли е и в целом величина Ucp. Величина гт, как было о мечено выше, с уменьшением КО акже увеличивае ся. В связи с ем, ч о величина Ucp с уменьшением КО рас е быс рее, ч м о WyA с уменьшением КО в целом увеличивае ся. Однако рос напряжения приведе к увеличению количес ва выделенной епло ы в элек рол из ере, ч о должно при прочих равных условиях привес и рос у емпера уры элек роли a (t3J]). А для сохранения пос оянной величины необходимо уменьши ь МПР, огда при э ом снизи ся напряжение , а удельны расход элек роэнергии уменьши ся, несмо ря на неко орое снижение при снижении МПР. Таким образом, проведенная в рабо е [14] оценка показала, ч о снижение КО выгодно с очки зрения нарабо ки ме алла и може бы ь выгодным с оч зрения за ра элек роэнергии.
Оценка предельных значений по увеличению силы тока
За исключением алюминия, как отмечено в работе [52], все другие составляющие будут меняться в течение работы электролизера. В работе [57] представлен вклад различных составляющих в общую величину катодного падения напряжения как функцию возраста ванн — см. рис. 1.4.
Как видно из рис. 1 Л, в течение срока службы электролизера сопротивление стального катодного стержня и соответственно падение напряжения в нем несколько возрастает, а углеродного блока снижается, но намного интенсивнее (зависимость УЭС катодного блока по данным [57] приведена на рис. 1.5). В то же время электросопротивление подины в целом со временем растет [58]. И этот рост на порядок больше, чем в стальном стержне.
Следовательно, как указывают авторы работ [52, 53] электросопротивление подины (падение напряжения в ней) электролизера определяется контактным сопротивлением границы раздела блюмс-блок. Величина его со временем эксплуатации электролизера стремительно увеличивается. Это объясняется постоянным накапливанием на границе раздела чугун - углеродистый материал Р-глинозема и электролита, обогащенного натрием, продиффундировавших сюда из ванны через массив и трещины в катодном блоке [53].
Авторы работы [53] полагают, что борьбу с потерями электроэнергии на подине электролизера необходимо вести не только путем снижения проницаемости катодных блоков и подовой массы электролитом и натрием, но и путем совершенствования электрического контакта между металлом и углеродным материалом блока. Анализ зависимости падения напряжения от срока службы ванн, выполненный по статистическим данным на КрАЗе [52], показал, что в среднем за месяц перепад в катоде увеличивается на 1 мВ. Обычно в первые месяцы он растет быстро, начиная с 320 мВ, затем скорость роста сильно замедляется и, как правило, он не превышает 400 мВ даже на старых ваннах (со сроком службы более 40 мес). Характерное падение напряжения в катоде составляет около 0,35 — 0,40 В. Возможными путями снижения катодного перепада напряжений являются использование графитизированных, полуграфитизированных или полуграфитовых подовых блоков; увеличение сечения блюмса [52]. При замене аморфных блоков можно снизить катодный перепад на 100 -150 мВ, но при этом следует утеплять цоколь ванны. Увеличение сечения блюмса дает снижение перепада напряжений на 40 — 80 мВ, однако теплопотери катодом могут возрасти на 5 - 7 %. Улучшенный катод может сэкономить до 4 % электроэнергии. [52], Автор работы [54] провел расчеты распределения потенциала в электролизере при различных изменениях в подине с помощью математического моделирования (методом конечных элементов) на объемной модели четвертой части электролизера. Анализ влияния удельного электрического сопротивления (УЭС) подовых блоков, например, показал, что подовые блоки, соответствующие существующим в России ТУ по УЭС, не могут быть причиной высокого падения напряжения. Так, например, увеличение УЭС подовых блоков с 37 до 70 мкОм-м приводит к увеличению падения напряжения в подине с 278 до 332 мВ, а уменьшение УЭС блоков с 37 до 10 мкОм-м уменьшает падение напряжения с 276 до 246 мВ. Рассмотрено влияние соединения блюмса с блоком чугуном и пастой, обладающих разными УЭС. Условия обжига пасты МХТД "А" (изменение скорости нагрева от 100 до 950 град/ч) слабо влияют на ее электропроводность. Кроме этого, увеличение УЭС МХТД "А" уменьшает падение напряжения на 25 мВ. Увеличение высоты подового блока с 400 до 420 мм привело к увеличению падения напряжения до 5 мВ, а использование блюмсов 150x150 мм по сравнению с блюмсами 230x115 мм или 160x160 мм увеличивает падение напряжения в подине на 24 мВ. Кроме этого, в работе [54] анализируются влияние на изменение напряжения в подине различного электрического контактного сопротивления между блюмсом и блоком; отсутствие контакта между верхом блюмса и пазом блока, а также между боковыми поверхностями блюмса и паза блока; наличие и отсутствие подовой настыли под анодом, а также осадка и коржей на подине, трещины и расслоения в подине. Анализ вышеперечисленных факторов показывает, что на падение напряжения в подине наибольшее влияние оказывают: - величина электрического сопротивления контакта блюмс - блок; - длина подовой настыли; - наличие горизонтальных или наклонных трещин в блоках, приводящих к расслоению подины и ее разделению на 2 части (верхнюю и нижнюю) слоем карбида алюминия. Кроме этого, комбинация названных факторов может привести к более значительному увеличению падения напряжения в подине по сравнению с влиянием каждого из них. Падение напряжения в аноде зависит от следующих факторов [52]: - число горизонтов; - качество подготовки анода к перестановке; - минимальное расстояние и точность выставления штыря на горизонт; - количество штырей. Теоретические расчеты показали, что при переходе технологии с 2 на 4-горизонтную схему перестановки можно добиться снижения скачка напряжения в период перестановки штырей на 60 мВ, а при переходе на 14-горизонтную - на 130 мВ. А скачки напряжения и дают прирост в интегральном показателе падения напряжения. Некачественная подготовка анода к перестановке штырей может вызвать высокий скачок напряжений (до 100 мВ). Объясняется это тем, что малое количество жидкой массы под штырем не обеспечивает хороший контакт штыря с телом анода.
Тепловое состояние и энергетические показатели электролизеров
Численное моделирование для прогнозирования основных энерготехнологических показателей опытных электролизеров БрАЗ проводилось с применением программного обеспечения описанного в [42, 50, 89]. В используемой для расчетов версии данного пакета программ была реализована методика численного решения, описанная в разделе 2.2.
Для проведения расчетов были выбраны две группы опытных однотипных электролизеров, различающиеся между собой уровнем металла и электролита: I группа — уровень металла АМе = 33 см, уровень электролита / эл = 21 см, л электролизеры № 1, № 12; II группа АМе = 24 см, йэл = 22 см, электролизеры №№2-11. Численные эксперименты проводились для 3-го месяца нормальной эксплуатации электролизеров после пускового периода при повышенной силе тока 166,5 кА (базовая 156 кА), выходе по току 88,7 %, при температурах окружающего воздуха на нулевой отметке -20С и в корпусе -10С, при составе электролита КО = 2,43; CaF2 = 4,96 %; MgF2 = 1,57 % и соответственно его свойствах: температуре начала кристаллизации 934С и удельной электропроводности 217 (Ом-м)"1. В расчетах также использовались геометрические характеристики в соответствии с заводскими чертежами, а теплофизические характеристики (теплопроводность материалов электролизера с учетом пропитки и коэффициенты теплоотдачи от ограждений электролизера) принимались по [42]. Полный список данных для расчета приводится в ПРИЛОЖЕНИИ А. Результаты расчетов приведены на рис. 2.3, 2.4 и в табл. 2.1, 2.2. Результаты сопоставления расчетных данных с экспериментом представлены в табл. 2.3.
Результаты, приведенные в сопоставительной табл. 2.3, показывают хорошее согласование между расчетом и натурным экспериментом, что в свою очередь подтверждает адекватность математической постановки задачи, точность методики ее численного решения и достоверность получаемых численных результатов.
Результаты сопоставления данных табл. 2.1 и 2.2 по удельному расходу электроэнергии (wya) показывают, что электролизеры группы II, работающие на низком уровне металла (24 см), имеют меньший на 277 кВт-ч/тАі удельный расход электроэнергии, чем группы I, работающие на более высоком уровне металла (33 см).
Оценка предельных значений по увеличению силы тока В технической политике алюминиевых заводов мира всегда наблюдалась устойчивая тенденция повышения силы тока на электролизерах по сравнению с проектной. Это объясняется экономической выгодой за счет повышения производительности или увеличения наработки металла при незначительных капитальных затратах на реконструкцию питающих трансформаторов. Так, например, повышение силы тока на 1 кА соответствует увеличению производительности на 7,17 кг/сут при выходе по току 89 %. При прямом (непосредственном) увеличении токовой нагрузки (без изменения конструкции электролизера и технологических параметров эксплуатации) наряду с положительным эффектом, также имеет место ряд негативных последствий, связанных с увеличением подводимой мощности к электролизеру: - увеличивается рабочее напряжение на электролизере, анодная и катодная плотность тока, что особенно опасно для самообжигающихся анодов; - изменяется магнитогидродинамика ванны; - увеличивается температура электролита; - уменьшается бортовой гарнисаж, что в результате ведет к перегреву катодного кожуха, к повышенным деформациям и критическим напряжениям; - увеличиваются теплопотери электролизера и удельный расход электроэнергии. Вместе с тем, увеличивается возможность «зажатия» ванны, что сопровождается снижением выхода по току. Таким образом, прямое повышение токовой нагрузки на электролизере является не лучшим техническим решением, так как может вызвать значительную нестабильность в его работе, заметно сократить срок службы, понизить экономичность работы и т.д. Попробуем разобраться в этом вопросе. Известно, что на каждом электролизере безвозмездно теряется около 50 % подводимой мощности в виде тепловых потерь. Эта величина с повышением силы тока также несколько увеличивается. Поэтому при повышении силы тока также необходимо обеспечивать отвод избыточной подводимой мощности (вызванной увеличением силы тока) при сохранении устойчивой работы электролизера и стабильной ФРП (по данным [42] минимальная толщина гарниссажа должна находиться в пределах 10-15 см).
Мероприятия по изменению технологических параметров эксплуатации при сезонном изменении температуры окружающего воздуха
Для оценки теплового состояния опытных электролизеров проводили измерения температур наружных поверхностей кожуха по схеме, представленной нарис. 3.6: - на боковых стенках - на расстоянии 400 мм над верхними поверхностями блюмсов в 6 точках; - на торцевых стенках — по центральной их части; - на днище - вдоль продольной оси электролизера в трех точках. Для измерения температур использовали оптический пирометр. Экспериментальные температурные зависимости для обследованных поверхностей кожуха представлены на рис. 3.7, в соответствии с которым можно выделить три характерные области: первую, где происходит рост температуры; вторую - практически стабильная ее величина и третью -снижение температуры. Проанализируем отдельно зависимости температуры в выделенных областях для поверхностей днища, боковых и торцевых стенок. В первые сутки после пуска можно выделить несколько групп электролизеров, имеющих близкие температуры поверхностей. Средняя температура днища, например, в этот период составляла для 6 ванн - 60 - 66С, для 2 - 77 - 85С и для 4 - 97 - 112С. Эта температура, а также степень прогрева футеровки и теплоизоляции цоколя катода определяется конечной температурой нагрева угольных блоков подины при обжиге, т.е. чем выше температура подины, тем более высокая температура и днища. Поверхность боковых стенок у 3 электролизеров была прогрета до температуры 188-218С, у 6- 234- 259С, у 3 - 269 - 287С. Торцевые стенки имели температуры 206-217С для 3 электролизеров; 230-247С -для 2, 271 - 28ГС - для 3 и 300 - 33 ГС - для 4 электролизеров. Величина температур этих поверхностей определяется, помимо некоторого прогрева их при газопламенном обжиге, в основном за счет прогрева высокотеплопроводных бортовых и торцевых блоков при заливке высокотемпературного электролита. Следует, однако, отметить, что приведенные значения температур поверхностей днища, бортовых и торцевых стенок не всегда коррелируют между собой: у электролизеров с относительно низкими температурами днища, например, могут быть более прогретыми торцы либо боковые стенки, чем у электролизеров с относительно высокими температурами этих поверхностей, и наоборот. В пусковой период при заливке в ванну электролита и выделении джоулевой теплоты для поддержания требуемой температуры расплава происходит прогрев контактирующей с ним подины, бортовых и торцевых стенок, а за счет передачи теплоты теплопроводностью от угольных блоков -нагрев футеровки, теплоизоляции и кожуха электролизеров. Период повышения температуры днища, например, зависит от температуры подины в конце обжига. Так, при низкой температуре угольных блоков и температуре днища 60 - 85 С в первые сутки рост температуры днища происходит за 3 - 4 суток с начала пуска, а при температуре днища 97 - 112С (в первые сутки) выход на максимальную температуру происходит за 1 сутки. Рост температуры кожуха боковых стенок происходит в течение 1 — 2 суток с начала пуска. Вторая и третья области Для днища после полного прогрева футеровки и теплоизоляции и достижения температуры его поверхности около 100С наступает стационарный режим, а затем происходит снижение температуры. " С физической точки зрения температура поверхности днища должна была бы оставаться постоянной, но последующее ее снижение во времени связано с сезонным изменением (уменьшением) температуры окружающего воздуха. Так, например, пуски электролизеров и выход на стабильный технологический режим проходили в августе - сентябре, т.е. в теплый период года, а последующий режим эксплуатации - в холодный период года. Проанализируем известное уравнение теплоотдачи относительно плотности теплового потока q, отдаваемого в окружающую среду с поверхностей кожуха [q = a(tcr - t0Kp), где a - коэффициент теплоотдачи от поверхности к окружающему воздуху, Вт/(м -К); t и t0Kp - температуры поверхности кожуха и окружающего воздуха соответственно, С]. При сохранении тех же условий теплоподвода (q = const) и практически не зависящим от t0Kp коэффициенте теплоотдачи, при снижении температуры окружающего воздуха будет уменьшаться и температура поверхностей. Для боковых и торцевых стенок после 1-2 суток с начала пуска рост температуры прекращается, что связано с образованием защитного слоя гарнисажа на внутренних поверхностях бортовых и торцевых блоков и уменьшением термического сопротивления теплопроводности этих стенок. Некоторое снижение температуры рассматриваемых поверхностей в последующем объясняется так же, как и для поверхностей днища, уменьшением температуры окружающего воздуха в холодный период. Сравнивая полученные экспериментальные данные с результатами измерений температур поверхностей типовых электролизеров С - 8Б [42], можно сделать вывод, что у электролизеров, эксплуатируемых на повышенной силе тока, температура поверхностей днища ниже, чем у аналогов, а бортовые и торцевые стенки несколько перегреты по сравнению с аналогами.
Практический интерес представляет установление зависимостей температур поверхностей исследованных электролизеров для периода их выхода на нормальный технологический режим от времени с начала пуска, конструктивных характеристик цоколя и бортовой футеровки, количества подведенной теплоты, технологических параметров процесса электролиза.
При обобщении экспериментальных данных предпочтительнее получить безразмерные зависимости, т.к. ими в последующем можно пользоваться при анализе пусковых характеристик других электролизеров аналогичных конструкций.
Безразмерную температуру поверхностей кожуха можно определить по формуле, которую авторы [42] использовали при обобщении результатов обжига электролизеров и расчета безразмерной температуры подины, т.е.
