Металлургия легких и тугоплавких металлов (стр. 13 )

На рис.5 представлены результаты расчета поля температур электролизера при силе тока 303 и 330 кА.

а) б) Рис.5. Результаты расчета поля температур электролизера ОА-300М1 при силе тока: а) 303 кА; б) 330 кА.

Анализ результатов расчетов физических полей электролизера на силу тока 330 кА показал возможность его эффективной работы при поддержании определенных технологических параметров: сила тока, напряжение, высота криолит-глиноземной засыпки, уровни металла и электролита и прочие. При повышении силы тока на 27 кА результаты расчетов свидетельствуют о том, что:

-  рабочее напряжение повысилось из-за увеличения падения напряжения в анодном массиве и подине, что привело к росту удельного расхода электроэнергии (УРЭ) на ~ 200 кВт×ч/т;

-  ФРП существенно изменилась по сравнению с базовым расчетом;

-  теплопотери электролизера увеличились на ~71 кВт и т. д.

Для оптимизации ФРП были разработаны мероприятия по интенсификации теплоотвода от анодного узла (его разутепление). Следует также рассмотреть возможность уменьшения МПР (либо соответствующего изменения состава электролита) с целью снижения УРЭ, оптимизации ФРП и минимизации теплопотерь.

Все основные элементы разработанной конструкции электролизера на силу тока 300 кА защищены патентами [3-8].

2. Результаты промышленных испытаний электролизеров на проектную силу тока 300 кА

Электролизер на силу тока 300 кА конструкции (ОА-300) проходит промышленные испытания на опытном участке Уральского алюминиевого завода, начиная с апреля-мая 2005 г. Период эксплуатации электролизеров с июля 2005 г. (после выхода в нормальный технологический режим работы) по март 2006 г. (в конце апреля начали повышать силу тока) при силе тока 303 кА подтвердил правильность принятых на этапе разработки и проектирования технических решений. Результаты испытаний были опубликованы в ряде публикаций, в частности [9-12]. В процессе испытаний проводились натурные измерения энергетических, магнитогидродинамических и технологических характеристик электролизеров. Выполнялись измерения деформаций металлоконструкций электролизеров.

Технологические параметры и технико-экономические показатели работы опытного участка до и после повышения силы тока приведены в табл. 3.

Таблица 3

Технологические параметры и технико-экономические показатели работы опытного участка до и после повышения силы тока

	До повышения	После повышения
Сила тока, кА	303	330
Среднее напряжение, В	4,29	4,33
Выход по току, %	94,3	94,1
Анодная плотность тока, А/см2	0,75	0,81
Частота анодных эффектов, 1/сут.	0,24	0,13
Падение напряжения в подине, мВ	235	248
Удельный расход:
глинозема, кг/т	1921	1915
фтористого алюминия, кг/т	17	19
обожженных анодов (брутто), кг/т	547	496
технологической электроэнергии постоянного тока, кВт×час/т	13564	13705

Результаты испытаний электролизера при силе тока 303 кА и моделирование электролизера при повышении силы тока до 330 ÷ 350 кА показали, что данная конструкция электролизера имеет резерв по повышению силы тока до 330 ÷ 335 кА без существенного изменения конструкции, что и было подтверждено результатами испытаний. Также были разработаны основные пути дальнейшей модернизации данной конструкции электролизера с целью повышения силы тока и оптимизации конструкции. В настоящее время опытные электролизеры работают при силе тока 336 кА.

В целом электролизеры до и после повышения силы тока имеют технико-экономические показатели на уровне лучших мировых аналогов.

Заключение

Разработана современная технология получения алюминия на электролизерах на силу тока 330 кА, с использованной которой построена V серия Иркутского алюминиевого завода мощностью 169,8 тыс. т. Al в год.

Литература

1. , , Немчинова –экономическое сравнение электролизеров с обожженными анодами и самообжигающимися анодами и верхним токоподводом. // Известия высших учебных заведений. Цветная металлургия. МИСИС. М.: 2005, № 2. 0,38 пл.

2. Богданов технологии получения алюминия с использованием "сухой" анодной массы на основе пекового кокса /Дис. канд. техн. наук. Иркутск, 20c., 61:05-5/1318.

3. , , Поддубняк дозатор для сыпучих материалов - Патент на полезную модель № 000

4. Отчет по договору 07/02 от 01.01.2001 Разработка программы расчета магнитогидродинамических процессов в алюминиевом электролизере и оптимизация ошиновки электролизера с током 300 кА // . Санкт-Петербург. 2002.

5. Nobuo Urata WAVE MODE COUPLING AND INSTABILITY IN THE INTERNAL WAVE IN ALUMINUM REDUCTION CELLS // Light Metals, TMS, р. 450.

6. Патент РФ на изобретение № 000.

7. Патент РФ на изобретение № 000.

8. Патент РФ на изобретение № 000.

9. Патент РФ на изобретение № 000.

10. Патент РФ на изобретение № 000.

11.Патент РФ на изобретение № 000.

12. , , //Цветные металлы. 2005. № 11, с. 57-64.

13. Skornyakov V. I., Zharov A. F., Veselkov V. V., Bogdanov Yu. V., Ayushin B. I., Smolyanitsky B. I., Nadtochy A. M. Light metals. 2006, p. 307 – 311.

14. Yuri Bogdanov, Viatcheslav Veselkov, Aleksei Nadtochy, Boris Ayushin Intensification of the Process in 300KA Pre-Baked Anode Cells // Light metals. - Orlando, USA. – 2007, р. 259-262.

15. , , Кузаков схемы замены анодов // Алюминий Сибири-2007 г.: Сб. научных статей // Красноярск: , 2007, с. 37-40.

Компаундированное связующее для анодной массы на основе пека марки «В» и тяжелой смолы пиролиза

, ,

,

, Иркутск

Иркутский Государственный Технический Университет

Существенным недостатком технологии электролиза на ваннах с самообжигающимися анодами является выделение смолистых и канцерогенных веществ. Серьезность проблемы инициировала поиски путей снижения выбросов. Разработка технологии «сухого» анода, внедрение пеков с повышенной и высокой температурой размягчения показали возможность существенного улучшения.

Одним из путей снижения выбросов концентратов, на наш взгляд, является использование компаундированных связующих, в которых в качестве добавки могут применяться углеводороды, не содержащие или содержащие незначительное количество канцерогенных веществ. Первый опыт использования компаундированных связующих в производстве анодной массы с последующим испытанием на электролизерах специалистами был получен на Братском алюминиевом заводе (в период перестройки). Отсутствие достаточных ресурсов каменноугольного пека привело к попыткам использовать в качестве добавки нефтяные пеки, смолы пиролиза и т. д. Нефтяные пеки отличаются низким выходом коксового остатка, большим выходом летучих и низкой вязкостью при высокой температуре. Поэтому они могли использоваться как незначительная добавка к каменноугольному пеку. Использование компаундированных связующих, на наш взгляд, пока еще изучено недостаточно. Представляет определенный интерес композиция высокотемпературный пек – нефтяной пек.

Ниже приводятся результаты исследования тяжелой смолы пиролиза Ангарского завода полимеров в качестве добавки в анодную массу.

Для проведения лабораторных исследований использовали нефтяной кокс - наполнитель. В качестве добавки к каменноугольному пеку марки «В» использовали тяжелую смолу пиролиза, физико-химические свойства которой представлены в табл.1.

Относительно высокое содержание ароматических углеродов, особенно полициклических, и достаточно высокое значение йодного числа, указывающего на значительное содержание непредельных углеводородов, свидетельствуют о склонности тяжелых смол пиролиза к реакциям уплотнения с образованием продуктов, обладающих высокими связующими и спекающими свойствами.

Важным преимуществом для широкого использования смолы пиролиза является низкое содержание серы. Это обусловливает возможность получения из смол пиролиза малосернистых композиционных углеродсодержащих материалов, что очень важно с технологической точки зрения и экологической обстановки в цехах электролиза алюминия.

С целью оценки свойств компаундированного связующего и определения влияния на качество «сухой» анодной массы были приготовлены и испытаны 4 партии анодной массы, в которых в достаточно широких пределах изменяли дозировку тяжелой смолы пиролиза (1-10%), при неизменных параметрах дозировки коксовой шихты и температуры смешивания. В качестве основного компонента связующего применяли каменноугольный пек марки «В», свойства которого приведены в табл.2.

Таблица 1

Физико-химические свойства тяжелой смолы пиролиза

Наименование показателя	Марка А
Плотность при 20°С, г/см3, не менее	1,04
Вязкость кинематическая при 100°С, мм2/с, не более	25
Температура отгона 3%-го объема, °С, не менее	180
Коксоемкость, %, не более	12
Массовая доля серы, %, не более	0,3
Массовая доля воды, %, не более	0,3
Массовая доля механических примесей, %, не более	0,01
Массовая доля ионов натрия, %, не более	0,005
Массовая доля ионов калия, %	0,0005
Содержание бенз(а)пирена, %	0,4

Таблица 2

Физико-химические свойства пека марки «В»

Наименование показателей	Пек марки «В»
Температура размягчения, °С	90,5
Выход летучих, %	51,56
Зольность, %	0,15
Групповой состав, %: α – фракция	36,6
α1 - фракция	11,5
β – фракция	31,0
γ - фракция	32,4
Коксовый остаток, %	59,1
Действительная плотность, г/см3	1,3304
Содержание натрия, %	0,0041
Содержание серы, %	0,58
Вязкость, сР: 140°С	41017
160°С	5178
180°С	967
200°С	276
220°С	74
Содержание бенз(а)пирена, %	1,1

Замесы готовились в лабораторном обогреваемом смесителе с Z-образными лопастями (температура смешивания массы 180°С). Дозировку связующего выбирали из расчета получения «сухой» анодной массы с текучестью 1,2 – 1,3 отн. ед. В замесах с добавлением смолы пиролиза содержание связующего снижали в зависимости от дозировки смолы пиролиза. Работа выполнялась так, чтобы свести к минимуму влияния свойств кокса-наполнителя, грансостава коксовой шихты и технологии приготовления анодной массы на результаты исследований. Тем самым создавались условия для максимального влияния смолы пиролиза на качество анодной массы.

Результаты технологического опробования анодной массы представлены в табл.3.

Таблица 3

Физико-химические свойства «сухой» анодной массы с разной

дозировкой смолы пиролиза

№	Содержание ТСП, %	Содержание каменноугольного пека, %	Кажущаяся плотность, кг/м3	Пористость, %	Удельное электросопротивление, мкОм∙м	Разрушаемость в токе СО2, мг/см2∙ч
0	-	26	1520	24,49	71,0	43,6
1	1	25,74	1480	26,65	74,52	43,3
2	5	24,7	1480	26,85	76,61	39,5
3	10	23,4	1480	26,68	70,31	37,0

Приведенные данные показывают, что добавка 1-10% смолы пиролиза не оказывает существенного влияния на показатели пористости и удельного электросопротивления массы.

Химическая активность, оцениваемая по показателю разрушаемости в СО2, является одним их главных критериев оценки качества анодной массы. По данным исследования при увеличении содержания смолы пиролиза в связующем наблюдается снижение разрушаемости анодной массы, что позволяет рекомендовать смолу пиролиза в качестве добавки к углеродным материалам, работающим в сложных химических условиях при высоких температурах.

Выполнены расчеты ожидаемого технического и экологического эффекта при использовании высокотемпературного каменноугольного пека и тяжелой смолы пиролиза в качестве связующего.