Передпускові та теплові показники обпалення алюмінієвих електролізерів

Abstract

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.08 – процеси та обладнання хімічної технології. – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут», Київ, 2012. Дисертація присвячена комплексному дослідженню температурно-теплових режимів електролізерів різних типів при обпаленні джоулевою теплотою і продуктами спалювання рідкого палива; розробці температурного регламенту процесу обпалення, який дозволить проводити нагрівання подини з регульованою швидкістю на різних етапах. Розроблено методику і проведені комплексні експериментальні дослідження температурно-теплових режимів промислових електролізерів з анодами, що самовипалюються, і з обпаленими анодами. На базі результатів дослідження температурно-теплових режимів обпалення з використанням напівпромислових установок розроблено регламенти обпалення для використовуваних гаряченабивних і холоднонабивних подових мас, відпрацювання яких здійснене на рідкопаливних промислових обпалювальних установках «HOT-WORK» при використанні їх для обпалення електролізерів з обпаленими анодами. Розроблено методику визначення безрозмірних середньооб’ємних температур подини і отримано для практичного використання узагальнені рівняння залежності безрозмірної температури від безрозмірного часу (числа Фур’є).

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.17.08 – процессы и оборудование химической технологии. – Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт», Киев, 2012. Диссертация посвящена комплексному исследованию температурно-тепловых режимов электролизеров различных типов при обжиге джоулевой теплотой и продуктами сгорания жидкого топлива; разработке температурного регламента процесса обжига, который позволит проводить нагрев подины с регулированной скоростью на различных этапах, что приведет к улучшению качества коксования межблочных и периферийных швов и к увеличению межремонтного срока службы электролизеров. Разработана методика и проведены комплексные экспериментальные исследования температурных режимов промышленных электролизеров с самообжигающимися и обожженными анодами. В результате экспериментов были установлены основные закономерности изменения температуры от времени при различных способах подвода теплоты. Разработана методика определения безразмерных среднеобъемных температур подины и получены для практического использования обобщенные зависимости безразмерной температуры от безразмерного времени (числа Фурье). Выполнена оценка энергетической эффективности обжига по доле аккумулированной подиной теплоты qак и удельному расходу энергии (обжиг джоулевой теплотой) или эквивалентному расходу энергии qэкв (пламенный обжиг). Адаптирована методика, базирующаяся на модели нестационарного теплообмена, которая реализует метод конечных элементов, для прогнозирования температурных полей подины при обжиге электролизеров. Выполнен сопоставительный анализ исследованных способов обжига. Обжиг джоулевой теплотой, несмотря на небольшие трудозатраты, и простоте в его реализации, характеризуется сложностью в регулировании теплоподвода и обеспечения равномерности температурного поля подины. При обжиге на металле к недостаткам добавляется и то, что ни поверхность катода, ни периферийные швы не могут быть проверены после завершения обжига, а также резкий начальный градиент неустановившейся температуры, вызванный за ливкой жидкого алюминия на холодную подину. Для обеспечения равномерного прогрева подины продолжительность обжига должна составлять 80–100 ч. При обжиге на металле с формовкой нового анода характерной особенностью является низкая конечная среднеобъемная температура подины (около 500 °С). При обжиге джоулевой теплотой на сопротивлении (коксовой мелочи и алюминиевой стружке) возможно достижение высоких конечных температур подины, однако этот способ требует тщательности и аккуратности подготовительных работ. К его недостатку относится то, что часто не удается обеспечить контроль над распределением тока по анодам и это приводит к неравномерному температурному по-лю и высоким градиентам температур по поверхности подины, т.е. локальным ее перегревам. Основными преимуществами пламенного обжига являются возможность регулирования темпа нагрева подины и равномерности температурного поля. При применении промышленной обжиговой установки «HOTWORK» при пламенном обжиге алюминиевых электролизеров были достигнуты наилучшие показатели относительно достижения конечных температур подины, обеспечения равномерности ее нагрева и требуемой скорости в температурном интервале образования полукокса. Установка обеспечивает наивысшую долю аккумулированной подиной теплоты и наименьшие удельные затраты энергии на обжиг.

The dissertation on competition of a scientific degree of Cand.Tech.Sci. on a speci-ality 05.17.08 – processes and the equipment of chemical technology. - National technical university of Ukraine «Kyiv polytechnic institute», Kyiv, 2012. The dissertation is devoted to complex research of temperature-thermal modes of roasting electrolytic cells various types at roasting by Joule heating and products of com-bustion of liquid fuel. The technique is developed and complex experimental researches of temperature modes industrial electrolytic cells with the self-burning and burnt anodes are lead. On the basis of research of temperature-thermal modes of roasting with use pilot installations rules are developed at use of hot filled and cold filled hearth of the masses which working off is carried out on plants "HOTWORK" at their use for roasting electro-lytic cells with the burnt anodes. The technique of determination dimensionless medium volumes temperatures of hearth is developed and the generalized dependences of dimensionless temperature on dimensionless time (number of Fourier) are received for practical use. Keywords: aluminum electrolytic cell, hearth, temperature, roasting,