Диссертация по предмету: Металлургия (Пример)
Содержание
Содержание
Введение 3
1 Влияние фтористых солей на состав электролита и технологический режим электролиза алюминия
5
1.1 Поведение фтористых солей при электролизе алюминия при использовании фторированного глинозема
5
1.2 Аналитический обзор по корректировке состава электролита фтористым алюминием
11
1.3 Промышленные способы корректировки состава электролита с помощью фтористого алюминия
13
2 Использование фтористого алюминия на промышленных электролизерах АО «КЭЗ»
20
2.1 Особенности применения фтористого алюминия на АО «КЭЗ» 20
2.2 Составление методики суточного баланса фтористого алюминия 25
2.3 Сравнительные результаты расчетов суточного баланса фтор-алюминия для электролизеров АО «КЭЗ»
39
2.4 Разработка математической модели оптимизации расхода фтористого алюминия при электролизе
42
3 Разработка практических решений по оптимизации состава электролита алюминиевых электролизеров
22
3.1 Оптимизация температурных характеристик электролита АО «КЭЗ» 47
3.2 Разработка новых способов корректировки состава электролита фтористым алюминием
58
3.3 Технико-экономическая оценка предложенных рекомендаций по корректировке состава электролита
71
Заключение 76
Список использованной литературы 79
Выдержка из текста
Введение
Общая характеристика работы. АО «Казахстанский электролизный завод» – первенец алюминиевой промышленности Казахстана является одним из передовых предприятий мировой промышленности [1].
На АО «КЭЗ» предусматривает использование наиболее эффективных конструкций и технологий (Китай), позволяющих эксплуатировать электролизеры с высокими технико-экономическими показателями [2].
Тем не менее, повышение технико-экономических показателей (ТЭП) электролизного производства является актуальным вопросом во все времена и решается путем изучения и внедрения новых технических решений, как правило, имеющих свои особенности для каждой конструкции электролизера.
Актуальность проблемы. На АО «КЭЗ» применяется фторированный глинозем, который заметно влияет на технологические параметры режима электролиза алюминия. Одним из основных факторов такого влияния является поступление и повышение базового содержания фтора в электролите. Фторсодержащие компоненты электролита, в основном криолит и фтористый алюминий по-разному реагируют на такое воздействие.
Особенностью регулирования технологического режима на АО «КЭЗ» является то, что оно производится по температуре электролита и температуре перегрева электролита с помощью добавок фтористого алюминия, изменяющие температурные характеристики технологического режима.
Изучение поведения фтористого алюминия в таких условиях является не только актуальным, но и необходимым, поскольку его расход является одной из значимых статей себестоимости получаемого алюминия, а оптимизация его использования является одним из наиболее эффективных подходов к повышению технических и экономических показателей процесса.
Цель работы. На основе изучения температурного поля алюминиевых электролизеров и исследования поведения фтористого алюминия при электролизе, разработать мероприятия по оптимизации состава электролита и эффективному использованию фторалюминия, способствующие повышению технико-экономических (ТЭП) электролиза. Работу проведена на промышленных электролизерах для получения алюминия АО «КЭЗ» на силу тока 322 –
32. кА.
Научная новизна полученных результатов. В работе:
- на промышленных электролизерах обоснованы физические процессы, происходящие с фтористым алюминием при электролитическом получении алюминия при использовании фторированного глинозема;
- методами математической статистики установлена взаимосвязь расхода фторалюминия от свойств фторированного глинозема, в том числе от содержания окиси щелочных металлов и содержания фтора в нем;
- впервые разработана методика составления суточного баланса применения фтористого алюминия при электролизе алюминия.
- разработана математическая модель оптимизации расхода фтористого алюминия в зависимости от качества и количества входного сырья, технологических параметров электролиза и других факторов
- получена эмпирическая зависимость температуры ликвидус электролита от его состава для электролизеров АО «КЭЗ».
- впервые предложен и опробован способ определения концентрации глинозема по измеренной температуре ликвидус.
На способ определения получен патент на изобретение.
Практическая ценность работы. На промышленных электролизерах показаны особенности поступления и потребления фтористого алюминия при применении фторированного глинозема.
Проведена комплексная оценка взаимосвязи расхода фтористого алюминия при применении фторированного глинозема с технологическими и техническими показателями электролизеров АО «КЭЗ» на силу тока
32. кА.
Получены конкретные зависимости расхода фтористого алюминия от качества, применяемого фторированного глинозема, в том числе от содержания окиси щелочных металлов и содержания фтора в глиноземе.
Расширена нормативно-техническая база завода за счет разработки и использования методики составления суточного баланса фторалюминия.
На основе изучения температурных характеристик электролита внесены изменения в операционные карты электролизеров, регламентирующие порядок измерения температуры электролита и эффективному использованию фтористого алюминия.
Разработаны и рекомендованы к внедрению алгоритмы корректировки состава электролита фтористым алюминием с помощью систем управления питателями фторсолей (АПФ) с учетом его суточного баланса и выполнения технологических операций.
Разработан, опробован и внедрен в системе АСУТП способ определения концентрации глинозема по измеренной температуре ликвидус.
Ожидаемый годовой экономический эффект от внедрения предложений по работе составил 27,443 млн долл, за счет повышения производительности и снижения потребления электроэнергии электролизеров АО «КЭЗ».
Апробация практических результатов. Материалы работы докладывались и обсуждались на VI международной научной конференции молодых ученых «Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане» (Алматы, 2012 г.), курсах целевого назначения по повышению уровня знаний специалистов АО «КЭЗ» (2013 г.), совещании технических специалистов АО «КЭЗ» (Павлодар, 2014 г.), заседании кафедры ТОО «Инновационного Евразийского университета (Павлодар, 2014 г.).
Список использованной литературы
Список использованной литературы
1 Ибрагимов А.Т., Пак Р.В. Электрометаллургия алюминия. Казахстанский электролизный завод. – Павлодар, 2009. – 261 с.
2 Ибрагимов А.Т., Пак Р.В. Технология производства алюминия на электролизерах АО «Казахстанский электролизный завод» – Павлодар, 2012. – 288 с.
3 Справочник металлурга по цветным металлам. Производство алюминия. – М., "Металлургия", 1971. – 560 с.
4 Федотьев П.П. Электролиз в металлургии. – Л.: ОНТИ, 1935.
5 Машовец В.П., Электрометаллургия алюминия, – Л.: ОНТИ, 1937.
6 Баймаков Ю.В. Электролиз в металлургии. т.2, – М.: Металлургиздат, 1944.
7 Антипин П.Ф. и др. Электрохимия расплавленных солей. Л.: ОНТИ, 1947.
8 Абрамов Г.А. и др., Теоретические основы электрометаллургии алюминия /Абрамов Г.А., Ветюков М.М. , Гупало Г.И. , Кострюков А.А., Ложкин Л.Н./ – М.: Металлургиздат, 1953. – 206 с.
9 Беляев А.И. Электрометаллургия алюминия. – М., Металлургиздат, 1953.
10 Беляев А.И. Электролит алюминиевых ванн. – М., Металлургиздат, 1961. – 199 с.
11 Антипин Л.Н., Важенин С.Ф. Электрохимия расплавленных солей. – М.: Государственное научно-техническое издательство литературы по черной и цветной металлургии, 1964.
12 Баймаков Ю.В., Ветюков М.М. Электролиз расплавленных солей. — М.: Металлургия, I966. – 560 с.
13 Беляев A.И. Физическая химия расплавленных солей. — М.: Металлургиздат, 1967. – 300 с.
14 Прюво. Лекции по теории электролиза алюминия. – Л.: Проектмонтажалюминий, 1934.
15 Dewing E.W. Liquidus curves for aluminium cell electrolyte // Electrochemical society. — 1970, Vol. 117, No 6. — Р.780-781.
16 Grotheim K. Aluminium electrolysis / K. Grjotheim [and others]
// Dusseldorf: Aluminium-Verlag. – 1983. – P.687.
17 Crjotheim K. Kwande H. Introduction to Aluminium Electrolysos Metals // Aluminium Verlag. — 1993.
18 Wahnsiedler W.E., Danchik R.S., Haupin W.E., Backenstose D.L., Colpitts J.W. Factors Affecting Fluoride Evolution for Hall-Héroult Smeting Cells. – Light Metals, 1978, Vol. 2. – p. 407-424.
19 Haupin W., Kvande H. Mathematical Model of Fluoride Evolution from Hall-Héroult Cells. – Light Metals, 1993. – p. 257 — 263.
20 Patterson E.C., Hyland M.M., Kielland V. и Welch B.J. Understanding the Effects of the Hydrogen Content of Anodes on Hydrogen Fluorides Emissions from Aluminium Cells. – Light Metals, 2001. – p. 365 – 370.
21 ГОСТ 10561-80 Криолит искусственный технический. Технические условия.
22 ГОСТ 19181-78 Алюминий фтористый технический. Технические условия.
23 Васюнина И.П.. Потери фторсолей и возможности их уменьшения. Курс лекции на VII Высших алюминиевых курсах. — Красноярск, 2008 г.
24 Способ эксплуатации алюминиевого электролизера. Заявка РФ № 97121971 от 26.11.1997, КрАЗ, РФ
25 Способ управления процессом электролитического получения алюминия. Патент РФ № 2175030 от 08.06.2000.
26 Способ регулирования электролизера. Патент Франции № 2280716 от 27.02.2002.
27 Способ регулирования электролизера, Патент Франции № 2280717 от 27.02.2002.
28 Способ управления теплоэнергетическим режимом электролизера для получения алюминия. Патент РФ № 2326188 от 20.06.2006.
29 Испаров В.И., Бестолченков А.В., Ларин В.В.и др. Опыт перехода электролизного цеха ОАО «Волгоградский алюминий» на технологию «кислых» электролитов с разработкой и внедрением автоматизированной системы поддержания заданного состава электролита. – Вестник ОАО «Волгоградский алюминий». – Волгоград, 2004, с.33-39.
30 Манн В.Х., Юрков В.В., Пискажова Т.В. Стабилизация криолитового отношения и температуры электролита алюминиевого электролизера. – Новый состав электролита. — Технико-экономический вестник ОАО «КрАЗ», Красноярск, — № 12, 1999. с.8-13.
31 Батраченко А.А., Ибраев И.К.. Баланс фтористого алюминия электролизеров АО «КЭЗ». Доклад на VI международной научной конференции молодых ученых «Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане», Алматы, 2012.
32 Буркат В.С., Друкарев В.А. Сокращение выбросов в атмосферу при производстве алюминия – С-Петербург,2005, -275 с.
33 Друкарев В.А., Лазаренко Т.Н., Осовик В.М. Исследование гидролиза электролита алюминиевых электролизеров. «Цветные металлы», 1978, № 7, с.44-46.
34 Kwande H. Thermodynamics of the System NaF-AlF3-Al 2O3-Al. Studies by VapourPressure Measurements/ Trondheim, Norway. – Universitet in Trondheim – 1979.
35 Richards N.E. Alumina in Smelting. The 20th International Course in Process Metallurgy of Aluminium. –Trondheim, 2001.
36 Patterson E.C., Hyland M.M., V.Kiellard, Welch B.Y. Undestending the Effects of the Hydrogen Content of Anodes on Hydrogen Flyorides Emissions from Aluminium Cells — Light Metals, 2001, p.365 – 370.
37 Сенин В.Н., Сираев Н.С. Разработка методических указаний нормирования расхода глинозема при электролитическом производстве алюминия. Отчет ВАМИ по договору с РусАЛом – С-Петербург, 2001 г.
38 Буркат В.С., Друкарев В.А. Расчетно-инструментальный метод определения выбросов фтористых солей в атмосферу» Цветные металлы», 1988, № 1, с.38-40.
39 Методика расчета выбросов загрязняющих веществ в атмосферу при электролитическом производстве алюминия, производстве анодной массы и регенерации фтористых солей – С-Пб., 2004, С. 27.
40 Солье М., Ойя Х.. Катоды в алюминиевом электролизере – Алюминиум Ферляг, Красноярск – 1996 г.- 405 с.
41 Семенов В.С. Автореферат диссертации на соискание канд.технич.наук. – Ленинград, 1976 г.
42 Камзин Ж.Ж., Батраченко А.А., Скворцов А.П. Формула расчета температуры ликвидуса электролита алюминиевых электролизеров АО «КЭЗ» // Наука и техника Казахстана, Вып. № 1. – 2012 г.
43 Камзин Ж.Ж., Батраченко А.А. Способ оперативного определения концентрации глинозема в электролите алюминиевого электролизера
