Диссертация по предмету: Металлургия (Пример)
Содержание
Содержание
Введение 4
1 Современное состояние технологии обжига углеграфитовых изделий 5
1.1 Конструкция современной кольцевой печи открытого типа 5
1.2 Физико-химические процессы, обусловленные тепловой обработкой 24
1.3 Альтернативные подходы к обжигу анодов 26
1.4 Краткие выводы 26
2 Исследование механизма и кинетики процесса обжига 28
2.1 Теоретические основы формирования структуры углеграфитовой заготовки в процессе обжига 28
2.2 Влияние режимов обжига «зеленых» анодов на качество анодов 32
2.3 Миграция связующего при обжиге электродов 35
2.3.1 Влияние гравитации на перемещение связующего 36
2.3.2 Влияние скорости нагревания на перемещения связующего 37
2.3.3 Влияние градиента температур 38
2.4 Выводы по главе 41
3 Разработка математической модели процесса обжига 43
3.1 Решение задачи теплообмена между дымовыми газами и
муфельным каналом печи 43
3.2 Решение задачи теплопроводности в теле заготовки 49
3.3 Математическое описание процесса удаления продуктов
термического разложения органической массы 52
3.4 Моделирование изменения плотности заготовки при обжиге 54
3.5 Выводы по главе 54
4 Типичные дефекты обожженных анодных блоков 56
4.1 Основные виды трещин в теле анода 56
4.1.1 Угловые трещины 57
4.1.2 Вертикальные и горизонтальные трещины 57
4.1.3 Влияние теплового удара 59
4.2 Расчет растягивающего напряжения вокруг ниппельных гнезд 59
4.3 Выводы и рекомендации 62
5 Перспективы анодного производства 65
5.1 Применение инструментов вычислительной гидрогазодинамики 65
5.2 Замена термопар оптическими пирометрами 66
5.3 Четыре или шесть систем огня на печь вместо стандартных трех 67
5.4 Автоматизация крановых работ 68
5.5 Предотвращение налипания пересыпочного материала на аноды 69
5.6 Усовершенствование конструкций 71
5.7 Установка рекуперативного воздухонагревателя в магистрали
отходящих газов 71
5.8 Усовершенствования систем технологического контроля 72
5.9 Выводы и рекомендации 74
Заключение 76
Список использованной литературы 78
Выдержка из текста
Введение
Диссертация магистра металлургии по теме Исследование и совершенствование технологии производства обожженных анодов на АО «КЭЗ» содержит 83 страницы, 61 рисунок,
9. литературных источника.
Общая характеристика работы. Производство качественного алюминия методом электролиза напрямую связано с анодным производством. Значительную часть себестоимости выплавки алюминия занимает производство анодов. По существующим технологиям с использованием предварительно обожженных анодных блоков в электролизерах, расходуется 0,4-0,5т анода на тонну алюминия. Данное производство нуждается в качественных анодах, от которых зависит чистота и себестоимость выплавляемого металла. Задачи по совершенствованию и оптимизации производства анодов остаются актуальными уже много лет.
Актуальность исследования. Применение углеграфитовой продукции в черной и цветной металлургии определяет эффективность пирометаллургических процессов в целом [1,2].
Одним из важнейших переделов производства углеграфитовой продукции, определяющим качественные и экономические показатели, является обжиг в многокамерных печах открытого типа.
Цель работы: Повышение эффективности технологии обжига углеграфитовых изделий. Исследование и совершенствование технологии обжига в многокамерных печах обжига открытого типа.
Задачи исследования: Изучить влияние параметров процесса производства на свойства обжигаемых электродных изделий. Решение проблемы связанной со стабилизацией процесса обжига.
Объектом исследования является: Кольцевая многокамерная печь обжига анодов открытого типа Riedhammer в цехе обжига завода производства обожженных анодов на АО «КЭЗ»
Научная новизна исследования: Разработка математической модели процесса обжига в многокамерной печи обжига. Внедрение прогрессивных решений в области теплового баланса печи и оптимизации технологического процесса.
Практическая значимость исследования: Усовершенствование технологии обжига углеграфитовой продукции в многокамерных обжиговых печах открытого типа. Предложено использование тепла отходящих газов для подогрева рабочего воздуха горелочного оборудования.
Апробация работы. Положения диссертационной работы доложены автором и обсуждены на научно-практической конференции с международным участием и элементами школы для молодых ученых «Перспективы развития металлургии и машиностроения с использованием завершенных фундаментальных исследований и НИОКР» г. Екатеринбург, Россия.
Публикации: по основным результатам диссертационной работы опубликована статья в научном журнале «Магистрант» г. Краснодар, Россия.
Список использованной литературы
Список использованной литературы
1. Чалых Е.Ф. Очерки по истории зарубежной электродной промышленности. — М.: МИСИС, 1995. — 160 с.
2. Чалых Е.Ф. История электродной и электроугольной промышленности России. — М.: Металлургия, 1992. — 224 с.
3. Селезнев А.Н., Шипков H.H. Электродное производство сегодня //Цветные металлы. — 1996. — № 12.- С. 48 — 49.
4. Технические условия на блочную продукцию ТУ 1913-001-00200992-95, 1995 г.
5. R&D Carbon Ltd. Anodes for Aluminium Industry //1-st Eddition.1995. Sierre • (Switzerland).
- 394 h.
6. Селезнев A.H. Производство углеродной продукции в России и перспективы ее использования в черной и цветной металлургии //Сб. науч. Тр./Уралэлектродин- Челябинск, 1999.- С.5 -11.
7. Фиалков А. С. Углеграфитовые материалы.- М.: Энергия, 1979.- 320 с.
8. Чалых У.Ф. Оборудование электродных заводов.- М.: Металлургия, 1990.- 125 с.
9. Санников А.К., Сомов А.К., Ключников В.В. и др. Производство электродной продукции. — М.: Металлургия,- 1985.- 129 с.
10. Янко Э.А. Аноды алюминиевых электролизеров. М.: Издательский дом «Руды и металлы».- 2001.- 670 с.
11. Лукина Э. Ю., Николаев А. И. Структура и свойства углеродных материалов. Науч. тр. НИИграфит.- М.: Металлургия.- 1987.- С. 26-31.
12. Островский В. С., Виргильев Ю. С., Костиков В.И., Шипков Н. Н. Искусственный графит.- М.: Металлургия- 1986.-272 с.
13. Кузин Б. М., Шабуров Е. Н., Алексеев А. А., и др. Совершенствование технологии производства электродов диаметром
55. мм.- В кн.: Совершенствование технологии и улучшение качества электродной продукции. Сб. науч. Трудов ГосНИИЭПа. Вып.
7. Челябинск, Южно — Уральское кн. Изд-во, 1975 г.
14. Френкель Я.И. //Журнал физики.- Е. 9. 1945.- С. 385-390.
15. Сумм Б. Д., Горюнов Ю. В. Физико-химические основы смачивания и растекания.-М.: Химия.- 1976.
16. Гегузин Я.Е. Физика спекания. — М.: Наука.- 1984. -78 с.
17. Чалых Е.Ф. Обжиг электродов.- М.: Металлургия,- 1981.-116 с.
18. Молокова Т. JI.„ Нонишева Н. П., Соборницкая Т. Н. Оптимизация режима охлаждения электродных заготовок после обжига — В. кн.: Совершенствование технологии и улучшение качества электродной продукции. Сб. науч. Трудов ГосНИИЭПа. Вып.
8. Челябинск, Южно-Уральское кн. Изд-во, 1976. -115 с.
19. Фиалков A.C. Формирование структуры и свойств углеграфитовых материалов.- М.: Металлургия.- 1965.-288 с.
20. Живых Т.И., Атманский А.И. и.др. Влияние предварительной высокотемпературной обработки на свойства футеровочных, углеграфитовых блоков //Совершенствование технологии и улучшение качества электродной продукции: Сб. науч. Тр. /ГосНИИЭП.- Челябинск.- 1973.-С. 167-172.
21. Рогайлин М.И., Чалых Е.Ф. Справочник по углеграфитовым материалам.- Л.: Химия, 1974.- 206 с.
22. Крылов В.Н., Вильк Ю.Н. Углеграфитовые материалы и их применение в химической промышленности.- Л.: Химия, 1965.- 145 с.
23. Фиалков A.C. Углерод, межслоевые соединения и композиты на его основе.- М.: Аспект Пресс, 1997.- 717 с.
24. Колодин Э. А., Свердлин В. А., Свобода Р. В. Обжиг анодов для алюминиевых электролизеров.- М.: ЦНИИцветмет, 1980. — 42 с.
25. Колодин Э. А., Свердлин В. А., Свобода Р. В. Производство обоженных анодов алюминиевых электродов.- М.: Металлургия, 1980.- 80 с.
26. Чалых Е.Ф. Технология углеграфитовых материалов.- М.: Металлургиздат.- 1963.- 304 с.
27. Колодин Э. А., Свердлин В. А., Свобода Р. В. Обжиг анодов для алюминиевых электролизеров.- М.: ЦНИИцветмет.- 1980.- 42 с.
28. Колодин Э. А., Свердлин В. А., Свобода Р. В. Производство обожженных анодов алюминиевых электродов.- М.: Металлургия.- 1980.- 80 с.
29. Технический отчет по выполнению теплотехнических испытаний кольцевой 30-ти камерной печи № 2 цеха обжига № 2 ОАО «НЭЗ». ОАО «ЭНЕРГОЧЕРМЕТ». Ростов-на-Дону. 2000.
30. Keller F., Oberdolz S. Process controlled operation of backing furnaces. Aluchemic and Alusuisse R&D Carbon (Netherlands, Switzerland).
1992. Р. 134 -137.
31. Hyvernat P., Fayet P., Lemorchand J.L. Aluminium Pechiney, AIME. //Light Metals. 1983. P. 821 -841.
32. Axel J. Rolf. Hoogovens AI Hottenwerk GmbH, AIME // Light Metals. 1992. P. 739-745.
34. Gerald F. Covanec. Century Aluminium of West Virginia, AIME // Light Metals. 2000. P. 573 — 578.
35. Sulzberger P. W., Bacon J.K. Comalko Aluminium Limited, AIME // Light Metals. 1989. P. 547-551.
36. Morbert A. Ambenne, Hero M. Bhavnani. Volta Auminium Ltd, AIME // Light Metals. 1989. P. 553 -562.
37. Mannweiler U., Sulzberger P., Oberdolz S. R&D Carbon, AIME // Light Metals. 1991. P. 635 — 639.
38. Leisenberg W. Innovatherm prof. Or. Leisenberg GmbH + Co. KG, AIME // Light Metals. 1999. P. 579 — 584.
39. Mainwald D., Schneider M. LVE Verfarenselektronic GmbH, AIME // Light Metals. 2000. P. 487-491.
40. Schneider M. Results of the installation of the new Prebake Firing and Control System. Hoogovens Voerde. Intern, business report. 1999.
41. Oberdolz S., Muhlemann О. R&D Carbon, AIME // Light Metals. 1978. P. 315
42. Молокова Т. Д., Нонишева Н.П., Фокин В.П. и др. Исследование процесса обжига углеродных заготовок в жаростойких контейнерах. Производство электродной продукции. Сб. науч. тр. — М.: НИИграфит- 1984.- С. 37-43.
43. Лутков А.И., Калинин Э.В. Особенности обжига углерод-углеродных изделий в электрических печах. //Композиционные материалы на основе углерода. Сборник научных трудов НИИграфит.- М.- 1991.- С. 14 — 16.
44. Riedhammer GmbH & Co. KG. Comparison between Open and Closed Carbon Baking Furnace/90332 Nuremberg. 1993.
45. Киселев А.И., Сошкин C.B., Сычева O.B. и др. Локальные средства управления процессом обжига в многокамерных печах ТадАЗа для АСТП «Обжиг».// «Состояние и перспективы автоматизации производственных процессов цветной металлургии» (Тезисы докладов к научно-техническому совещанию)- Орджоникидзе.- 1989.-С.100-101.
46. Сошкин C.B., Априамов В.Н., Жуковецкий О.В. и др. Импульсная система управления температурным режимом обжиговых печей. //Цветная металлургия.- 1988.- № 11.- С.36-37.
47. Царахов С.С., Сошкин C.B., Жуковецкий О.В. Разработка приборов для контроля высоких температур в металлургии.// «Электронные приборы и системы в промышленности». (Тезисы докладов к научно-техническому совещанию)- Орджоникидзе.- 1989.- С.21-22.
48. Пеккер И.И., Савин М.М., Васильева В.Д. и др. Возможности автоматизации обжиговой печи.//Совершенствование технологии и улучшение качества электродной продукции: Сб. науч. Тр. /ГосНИИЭП.- Челябинск.- 1976.- С.77-87.
49. Сошкин C.B. К возможности создания импульсной системы сжигания топлива для камерных печей. Цветная металлургия, 1998. № 3, С.55-58.
50. Сошкин C.B. Система управления обжигом электродных изделий в камерных печах и технические средства для ее реализации. Состояние и перспективы автоматизации в цветной металлургии. Тезисы докладов к конференции. Москва, 1995, С.8-9.
51. Сошкин C.B. Проектирование оптимальной системы управления обжигом электродных изделий в камерных печах. Цветная металлургия, 1998, С.68-72.
52. Сошкин C.B., Априамов В.Н., Жуковецкий О.В. Цветные металлы, 1987,№ 9.
53. Сошкин C.B. Системы оптимального управления обжигом электродных заготовок. Цветные металлы, 1998, № 3, с.66-70.
54. Лысова Г.А., Слепова В.М., Мочалов В.В. О требованиях к нефтяным пекам. //Совершенствование технологии и улучшение качества электродной продукции: Сб. науч. Тр. /ГосНИИЭП,- Челябинск.- 1988.- С.30-36.
55. Фиалков A.C., Варлаков В.П., Смирнова Т.Ю. Микроструктура нефтяного и пекового коксов. //Химия твердого топлива.- 1994.- № 2.- С.49-53.
56. Бабенко Э.М., Ильина М.Н., Плевин Г.В. Исследование пиролизных пе- ков как связующего и пропитывающих материалов для производства графитиро- ванных электродов. //Химия твердого топлива.-1981.- № 4,- С.117-122.
57. Кулаков В.В., Орлов А.Ю., Пономарева E.H. Влияние углеродных наполнителей на термодеструкцию каменноугольного пека при температурах начала газовыделения. //Композиционные материалы на основе углерода. Сборник научных трудов НИИграфит.- Москва.- 1991.- С. 19 — 23.
58. Селезнев А.Н., Шипков H.H. К вопросу использования углей и продуктов их переработки в электродной и алюминиевой отраслях металлургии //Твердые горючие ископаемые в решении экологических проблем топливно- энергетического комплекса России. Тез. докл. научной сессии научного Совета/ РАН- Звенигород, 1998.- С. 218-220.
59. Сомов А.Б., Телегин A.C., Молокова Т.Л. К вопросу о повышении качества прокаливания углеродного сырья во вращающихся печах. //Совершенствование технологии и улучшение качества электродной продукции: Сб. науч. Тр. /ГосНИИЭП.- Челябинск, 1988.- С.36-46.
60. Лукина Э.Ю., Рогозин В.В., Лаврухин П.Ф. и др. Исследование влияния предварительной сушки непрокаленного кокса на поведение при обжиге композиций на его основе.//Конструкционные материалы на основе углерода, № 12,- М.: Металлургия.- 1977.- С. 15-18.
61. Устинов Ю.В., Дьяконов Л.И., Новикова Р.И. и др. Особенности освоения технологии изготовления прессованных изделий из углеродных масс. //Разработка и освоение новых видов продукции: Сб. науч. Трудов/НИИграфит, ГОСНИИЭП.- Москва.- 1987.-С. 44-48.
62. Полисар Э.Л., Виноградова К.П. Методы подбора содержания связующего в прессмассах. //Конструкционные материалы на основе углерода: Сб. науч. Трудов НИИграфит.- М.:- Металлургия, 1977.- С.11-15.
63. Дьяконов Л.И., Устинов Ю.В., Новикова Р.И. и др. Вакуумирование массы и физико-механические показатели углеродных изделий. //Разработка и освоение новых видов продукции: Сб. науч. Трудов/НИИграфит, ГОСНИИЭП.-М., 1987.-С.40-44.
64. Балыкин В.П., Зайцев В.А., Санников А.К. и др. Влияние способов тонкого измельчения наполнителей на свойства углеродных композиций. //Разработка и освоение новых видов продукции: Сб. науч. Трудов/НИИграфит, ГОСНИИЭП.- Москва,- 1987.-С. 52-59.
65. Островский B.C., Синельников Л.З., Лукина Э.Ю. и др. Изучение усадки нефтяного пиролизного кокса при термообработке. //Композиционные материалы на основе углерода. Сборник научных трудов НИИграфит.- Москва.- 1991.- С. 8 — 14.
66. Санников А.К., Фомина В.Н., Гольдштейн Л.М. и др. Влияние шихтовки коксов различной структуры на качество графитированного материала. Совершенствование технологии и улучшение качества электродной продукции: Сб. науч. Тр. /ГосНИИЭП.- Челябинск.- 1988.- С.115-123.
67. Молокова Т. Л., О дифференсации скоростей нагревания электродных заготовок в процессе обжига — В. кн.: Совершенствование технологии и улучшение качества электродной продукции. Сб. науч. Трудов ГосНИИЭПа. Вып.
7. Челябинск, Южно-Уральское кн. Изд-во, 1975.-253 с.
68. Чалых Е.Ф. Технология углеграфитовых материалов. М.:- Металлургиздат.- 1963.-304 с.
69. Свердлин В.А., Ласукова Л.П., Литвинов Е.В. //Цветные металлы.- 1980.- № 3.- С. 56-59.
70. Claver J.E., Coste В. Aluminium Peshiney, AIME// Light Metals. 1993. P 641-645.
71. Каргин B.A., Платэ H.A., Журавлева В.Г.// Высокомолекулярные соединения. 1961. № 4.
72. Лежнев H.H., Терентьев А.П., Новиков И.С.// Каучук и резина. 1961. № 11.
73. Аграскин A.A., Чижевский Н.П. Коксование.- М:Металлургиздат, 1948. — 243 с.
74. Fisher W.K., Keller F., Perruchoud R.C., Oberdolz S. R&D Carbon, AIME//Light Metals. 1993. P. 683 — 689.
75. Свердлин B.A., Приезжая Г.А., Янко Э.А. // Light Metals. VAMI. 1991. P. 673 — 678.
76. Свердлин B.A., Щукин В.А.// Цветные металлы. 1978. № 12. С. 31-35.
77. Martirena H. ALUAR Alumino Argentino, AIME// Light Metals. 1983. P.749.
78. Fisher W.K., Keller F., Perruchoud R.C., Oberdolz S. R&D Carbon, AIME// Light Metals. 1993. P. 683-689.
79. Огнеупоры. Технология и ремонт печей. Пер. с яп./ Под ред. Панарина А.П.-М.: Металлургия, 1980. -216 с.
80. Colin Р. Hughes. Comalco Reserch Centre, AIME// Light Metals. 1996. P. 521-527.
81. McClung M., Ross I.R., Chavanec G. Century Al of West Virginia, AIME// Light Metals. 2000. P. 573-479.
82. Воронков И.М. Явление переноса в капиллярно-пористых телах. М.:- Физмат.- 1961- 314 с.
83. Сухоруков И. Ф. Бюллетень «Цветная металлургия», 1963, № 22.
84. Сухоруков И. Ф., Костарева Т. В., Шляпин Г. Е и др. Цветные металлы, 1964, № 3.
85. Теплотехнические расчеты при автоматизированном проектировании нагревательных и термических печей (справочник) / Под редакцией А.Б. Усачева // «Стальпроект», Научные труды, М:, Черметинформация, 1999, 185 с.
86. В.А. Арутюнов, В.В. Бухмиров, С.А. Крупенников, Математическое моделирование тепловой работы промышленных печей, М:, Металлургия, 1990, 240
