Список литературы

1. Борисоглебский Ю. В., Галевский Г.В., Кулагин Н.М. и др. Металлургия алюминия. – Новосибирск: Наука, 1999. – 438 с.

2. Галевский Г.В., Кулагин Н.М., Минцис М.Я. Экология и утилизация отходов в производстве алюминия. Новосибирск: Наука, 1997. – 159 с.

3. Ветюков М. М., Цыплаков А. М., Школьников С. Н. Электрометаллургия алюминия и магния: учебник для вузов. – М.: Металлургия, 1987. – 320 с.].

4. Панов Е. Н. Васильченко Г. Н., Даниленко С. В. и др. Тепловые процессы в электролизерах и миксерах алюминиевого производства. / Под общ. ред. Громова Б.С. – М.: Изд. Дом «Руда и металлы» – 1998. – 256 с.

Приложения Приложение 1

Отчет программы расчета конструкции и балансов электролизера

***************************ОТЧЕТ******************************

**********************Электролизер с ОА*********************

Показатели электролизера с обожженными анодами

Количество электролизеров 1

- сила тока: 95 кА

- выход по току: 0.94 доли ед.

- производительность электролизера 29.969 кг/ч

- выход на ванно-сутки: 719.26 кг

- произв.эл-ра в месяц: 21577.74 кг

- производительность эл-ра в год: 262.529 т

- производительность эл-ров в год: 262.529 т

Расходные коэффициенты на 1кг алюминия-сырца:

- глинозем 1.927 кг

- обож.аноды 0.514 кг

- криолит 0.000 кг

- фториды 0.027 кг

Удельный расход электроэнергии: 14358 кВт*ч/т

Выход по энергии: 69.65 г/кВт*ч

-----------------------------------------------

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА

-----------------------------------------------

Концентрация Al2O3 4.0 %

Концентрация AlF3 11.5 %

Концентрация CaF2 5.0 %

Концентрация LiF 1.2 %

Концентрация MgF2 0.8 %

Концентрация Na3AlF6 77.5 %

Анодная плотность тока 0.89 А/см2

Длина анодного блока 1.220 м

Высота анодного блока 0.510 м

Ширина анодного блока 0.700 м

Расстояние:

между рядами анодов 0 мм

между анодными блоками

по продольным сторонам 50 мм

от продол.стороны до бок.футеровки 0.460 м

от торца анода до бок.футеровки 0.500 м

Фактор конструкции электролизера 300

Показатель карбоксиреактивности 82 %

Воздушная проницаемость 0.8 нП*м

Реакционная спос-ть на воздухе 76 %

Расход огарков 74 кг

Толщина слоя металла 0.150 м

Толщина слоя электролита 0.180 м

Межполюсное расстояние 0.050 м

Толщина бокового угольного блока 0.200 м

Ширина катодного блока 0.410 м

Высота катодного блока 0.380 м

Число катодных блоков в ряду 1

Длина катодного блока длинного 2.930 м

Длина короткого катодного блока 0.000 м

Ширина шва между катодными блоками 0.040 м

Толщина кирпича 0.065м

Количество рядов кирпичей 6шт

Количество опорных балок 12шт

Толщина пояса катодного кожуха 0.010 м

Толщина шамотной крупки 0.100 м

Толщина шамотной засыпки 0.050 м

Толщина угольной подушки 0.030 м

Ширина шинного канала с продольной стороны 1.200 м

Ширина шинного канала с торцевой стороны 0.500 м

Высота шинного канала 1.500 м

Толщина корки 0.050 м

Слой глинозема на корке 0.030 м

Слой глинозема на аноде 0.040 м

Содержание СО2 в анодных газах 70 %

Содержание СО в анодных газах 30 %

Коэффициент лучеиспускания АЧТ 5.67 Вт/(м2*К4)

Степень черноты расплавленной соли 0.15

Степень черноты глинозема 0.47

Степень черноты верхнего перекрытия шинного канала 0.60

Степень черноты стенок и пола 0.89

Степень черноты окисленной стали кожуха 0.80

Ускорение своободного падения 9.81 м/с2

Температура электролита 952 градС

Температура металла 952 градС

Температура перегрева электролита 15 градС

Температура воздуха 25 градС

Температура воздуха под укрытием 120 градС

Температура воздуха в шинном канале 85 градС

Диаметр отверстия для засыпки глинозема 0.100 м

Диаметр выливного отверстия 0.300 м

Высота опорных балок 0.300 м

Ширина опорных балок 0.100 м

===============================================

РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА

===============================================

-----------------------------------------------

КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЕТ

-----------------------------------------------

Длина анодного массива 4.450 м

Ширина анодного массива 2.440 м

Площадь анодного массива 10.67 м2

Уточненная анодная плотность тока 0.875 А/см2

Уточ. площадь анодного массива 10.86 м2

Число анодных блоков 12

Число катодных блоков 12

Размеры шахты электролизера:

длина 5.450 м

ширина 3.360 м

глубина 0.450 м

Размеры катодного кожуха:

длина 6.070 м

ширина 3.980 м

высота 1.310 м

-----------------------------------------------

СВОЙСТВА РАСПЛАВА

-----------------------------------------------

Криолитовое отношение (молярное) 2.19

Плотность глинозема 3024 кг/м^3

Плотность криолита 2157 кг/м^3

Плотность NaF 1992 кг/м^3

Плотность MgF2 2594 кг/м^3

Плотность CaF2 2774 кг/м^3

Плотность LiF 1753 кг/м^3

Удельный объем электролита 0.00045 м^3/кг

Плотность электролита 2203 кг/м^3

Плотность электролита по Welch 2080 кг/м^3

Масса электролита 6152 кг

Масса металла 5198 кг

Объем электролита 2.96 м^3

Объем металла 2.25 м^3

Масса расплава 11351 кг

Объем расплава 5.21 м^3

Концентрация электролита 54.2 %

Концентрация металла 45.8 %

Удельный объем расплава 0.00046 м^3/кг

Плотность расплава 2178 кг/м^3

Масса глинозема 246 кг

Масса фторида алюминия 708 кг

Масса фторида лития 308 кг

Масса фторида кальция 74 кг

Масса фторида магния 49 кг

Масса криолита 4768 кг

Max. содержание Al2O3 в эл-те 7.4 %

Вязкость электролита 3.076 МПа*с

Вязкость жидкого алюминия 0.754 МПа*с

Растворимость металла в электролите 0.031 %

Упругость пара над электролитом 419.569 Па

-----------------------------------------------

РАСЧЕТ ТЕПЛОВЫХ ПОТЕРЬ

-----------------------------------------------

Температура крист. электролита (Haupin) 937 градС

Температура крист. электролита (Solheim) 940 градС

Темп. крист. криолит-глиноз. эвтектики 934 градС

Температура плавления электролита 935 градС

От ЭЛЕКТРОЛИТА через БОКОВЫЕ СТЕНКИ шахты электролизера

Температуры на границах:

электролит-гарнисаж 935 градС

гарнисаж-боковой угольный блок 875 градС

боковой угольный блок-шамотная крупка 831 градС

шамотная крупка-катодный кожух 181 градС

катодный кожух-воздух 181 градС

Средние температуры слоев:

гарнисаж 905 градС

боковой угольный блок 853 градС

шамотная крупка 506 градС

катодный кожух 181 градС

определяющая температура 133 градС

Толщина гарнисажа 0.109 м

Теплопроводность гарнисажа 2.98 Вт/(м*К)

Теплоотдача от электролита к вертик. стенке 100 Вт/(м2*К)

-----------------------------------------------

От МЕТАЛЛА через БОКОВЫЕ СТЕНКИ шахты электролизера

Температуры на границах:

Температура образования настыли 935 градС

настыль-боковой угольный блок 860 градС

боковой угольный блок-шамотная крупка 818 градС

шамотная крупка-катодный кожух 223 градС

катодный кожух-воздух 223 градС

Средние температуры слоев:

настыль 897 градС

боковой угольный блок 839 градС

шамотная крупка 521 градС

катодный кожух 223 градС

определяющая температура 154 градС

Толщина настыли 0.195 м

Теплопроводность настыли 3.95 Вт/(м*К)

Теплоотдача от алюминия к настыли 90 Вт/(м2*К)

---------------- ---------------------- --------------

Теплопроводность угольного блока 7.39 Вт/(м*К)

Теплопроводность шамотной крупки 0.25 Вт/(м*К)

Теплопроводность катодного кожуха 45.83 Вт/(м*К)

Теплопроводность воздуха 3.00 Вт/(м*К)

Коэф. теплоотдачи к воздуху от вертик. стенки конвекцией 5.4 Вт/(м2*К)

Теплоотдача от вертик. стенки к воздуху излучением 8.7 Вт/(м2*К)

Коэф. теплоотдачи к воздуху от вертик. стенки суммарный 14.1 Вт/(м2*К)

Теплоотдающая поверхность стенки 35.98 м2

-----------------------------------------------

Потери тепла ПОДИНОЙ электролизера

Температуры на границах:

электролит-металл 946 градС

металл-подовый блок 946 градС

подовый блок-уг.подушка-шамотный кирпич 907 градС

шамотный кирпич-шамотная засыпка 649 градС

шамотная засыпка-кат. кожух 548 градС

кат. кожух-бетон 548 градС

Средние температуры слоев:

металл 946 градС

подовый блок 926 градС

шамотный кирпич 778 градС

шамотная засыпка 598 градС

катодный кожух 548 градС

Теплоотдача от электролита к гориз. стенке(вниз) 70 Вт/(м2*К)

Теплопроводность алюминия 113.59 Вт/(м*К)

Теплопроводность подового блока 5.25 Вт/(м*К)

Теплопроводность шам.кирпича 0.82 Вт/(м*К)

Теплопроводность шам. засыпки 0.27 Вт/(м*К)

Теплопроводность кат. кожуха 31.52 Вт/(м*К)

Теплопроводность бетона 1.00 Вт/(м*К)

Теплоотдающая поверхность подины 57.59 м2

-----------------------------------------------

Потери тепла от ЭЛЕКТРОЛИТА к АНОДУ

Температуры на границах:

электролит-анодный массив 934 градС

анодный массив-глинозем 672 градС

глинозем-анодная штанга 341 градС

анодная штанга-воздух 292 градС

Средние температуры слоев:

анодный массив 803 градС

глинозем на аноде 507 градС

анодная штанга 316 градС

определяющая температура 231 градС

Теплопроводность обож.анода 4.55 Вт/(м*К)

Теплопроводность глинозема 0.28 Вт/(м*К)

Теплопроводность алюм.штанги 103.62 Вт/(м*К)

Теплопроводность воздуха 3.96 Вт/(м*К)

Теплоотдача от электролита к гориз. стенке(вверх) 130 Вт/(м2*К)

Теплоотдача к воздуху от гориз. стенки конвекцией (вверх) 8.4 Вт/(м2*К)

Теплоотдача к воздуху от гориз. стенке излучением (вверх) 5.2 Вт/(м2*К)

Теплоотдача к воздуху от гориз. стенке суммарная (вверх) 13.6 Вт/(м2*К)

Теплоотдающая пов-ть анода 26.26 м2

Теплоотдающая пов-ть штанги*6 16.32 м2

Суммарная теплоотдающая пов-ть анода 42.58 м2

-----------------------------------------------

Потери тепла с ПОВЕРХНОСТИ КОРКИ и ОТКРЫТОГО ЭЛЕКТРОЛИТА

Температуры на границах:

электролит-корка 932 градС

корка-глинозем 842 градС

глинозем-воздух 394 градС

Средние температуры слоев:

криолит-глиноземная корка 887 градС

глинозем на корке 618 градС

Теплоотдача электролита (корка) 130.0 Вт/(м2*К)

определяющая температура для корки 257 градС

Теплоотдача от глинозема к воздуху конвекцией (вверх) 8.2 Вт/(м2*К)

Теплоотдача от глинозема к воздуху излучением (вверх) 9.3 Вт/(м2*К)

Теплоотдача от глинозема к воздуху суммарная (вверх) 17.5 Вт/(м2*К)

Теплоотдача от электролита к воздуху излучением (вверх) 22.8 Вт/(м2*К)

Теплопроводность глин.корки 2.48 Вт/(м*К)

Теплопроводность глинозема на корке 0.30 Вт/(м*К)

Поверхность корки 7.97 м2

Поверхность открытого электролита 0.09 м2

-----------------------------------------------

-----------------------------------------------

Поверхностная плотность теплового потока:

электролит-воздух 1643 Вт/м2

металл-воздух 1519 Вт/м2

подина-воздух 541 Вт/м2

анодный массив-воздух 2332 Вт/м2

корка-воздух 4472 Вт/м2

поверхность электролита-воздух 18942 Вт/м2

-----------------------------------------------

ПОТЕРИ ТЕПЛА,Вт

боковые стенки 56561 Вт

подина 31164 Вт

анодный массив 99296 Вт

корка 35640 Вт

открытый электролит 1784 Вт

ПОТЕРИ ТЕПЛА,%

боковые стенки 25.2 %

подина 13.9 %

анодный массив 44.2 %

корка 15.9 %

открытый электролит 0.8 %

===============================================

--------------------------------------------------

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ БАЛАНС (упрощенный)

--------------------------------------------------

Реакц. перенапряжение на аноде 0.482 B

Kонц. перенапряжение на аноде 0.110 B

Kонц. перенапряжение на катоде 0.095 B

Падение напр.в аноде 0.317 В

Падение напр.в электролите 1.851 В

Падение напр.в катоде 0.412 В

Напряжение поляризации 1.654 В

Напряжение разложения 1.198 В

Перенапряжение на аноде и катоде 0.456 В

Падение напр.от анодных эффектов 0.036 В

Падение напр.в ошиновке 0.210 В

Греющее напряжение 4.269 В

Рабочее напряжение 4.443 В

Среднее напряжение 4.529 В

-----------------------------------------------

МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС

-----------------------------------------------

таблица 1

------------------------------------------------------

| Материальный баланс |

|------------------------------------------------------|

| Приход | | кг | % |

|------------------------------------------------------|

| | глинозем | 57.750 | 78.07 |

| | криолит | 0.000 | 0.00 |

| | анод | 15.411 | 20.83 |

| | фторид | 0.815 | 1.10 |

| | Всего | 73.977 | 100.00 |

|------------------------------------------------------|

| Расход | | кг | % |

|------------------------------------------------------|

| | алюминий | 29.969 | 40.52 |

| | криолит | 0.000 | 0.00 |

| | оксид углерода | 8.230 | 11.13 |

| | диоксид углерода | 30.172 | 40.79 |

| | потери глинозема | 1.125 | 1.52 |

| | потери углерода | 3.659 | 4.95 |

| | потери фторида Al| 0.815 | 1.10 |

| | Всего | 73.969 | 100.00 |

------------------------------------------------------

невязка мат.баланса 0.007 кг/ч

невязка мат.баланса в процентах 0.0 %

-----------------------------------------------

ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС

-----------------------------------------------

таблица 2

------------------------------------------------------------

| Тепловой баланс |

| (по книге "Тепловые процессы в электролизерах и |

| миксерах алюминиевого производства") |

|------------------------------------------------------------|

|Приход | | Вт | % |

|------------------------------------------------------------|

| энергия пост.тока | 405600 | 92.97 |

| реакция втор.окисления алюминия | 7612 | 1.74 |

| теплота анодных газов | 23061 | 5.29 |

| Всего приход | 436272 | 100.00 |

|------------------------------------------------------------|

|Расход | | Вт | % |

|------------------------------------------------------------|

| разложение глинозема | 180325 | 41.54 |

| нагрев и растворение глинозема | 20079 | 4.63 |

| нагрев анода | 4484 | 1.03 |

| реакция Будуара | 4348 | 1.00 |

| энергия побочных процессов | 386 | 0.09 |

| тепловые потери | 224445 | 51.71 |

| Всего расход | 434066 | 100.00 |

------------------------------------------------------------

невязка тепл.баланса 2205.9 Вт

невязка тепл.баланса в процентах 0.5 %

таблица 3

-------------------------------------------------------------------

| Тепловой баланс |

| (по книге "Справ. металлурга по цветным |

| металлам. Производство алюминия") |

|-------------------------------------------------------------------|

|Приход | | кДж/ч | Вт | % |

|-------------------------------------------------------------------|

| от электрической энергии | 1458050 | 405014 | 82.91 |

| от сгорания анода | 300528 | 83480 | 17.09 |

| всего приход | 1758577 | 488494 | 100.00 |

|-------------------------------------------------------------------|

|Расход | | кДж/ч | Вт | % |

|-------------------------------------------------------------------|

| на разложение глинозема | 944416 | 262338 | 52.05 |

| с вылитым алюминием | 41027 | 11396 | 2.26 |

| унос с газами | 21147 | 5874 | 1.17 |

| потери | 808002 | 224445 | 44.53 |

| всего расход | 1814591 | 504053 | 100.00 |

-------------------------------------------------------------------

невязка тепл.баланса 56013.9 кДж/ч

невязка тепл.баланса в процентах 3.2 %