CC BY
56
1.
2.
6.
7.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИМ СПИСОК
Горбаш В.Г., Делендик М.Н., Павленко П.Н. Неразрушающий контроль в промышленности. Магнитный контроль / Неразрушающий контроль и диагностика. 2011. № 2. Алешин Н.П. Физические методы неразруша-ющего контроля сварных соединений. М. : Машиностроение, 2006. 368 с.
3. Шур Е.А. Повреждения рельсов. М. : Интекс, 2012. 192 с.
4. Неразрушающий контроль : справочник. В 8 т. / под общ. ред. В.В. Клюева. Т. 4. В 3 кн. М.: Машиностроение, 2006. 736 с.: ил.
5. Неразрушающий контроль : справочник. В 8 т. / под общ. ред. В.В. Клюева. Т. 6. В 3 кн. М. : Машиностроение, 2006. 848 с. Пат. №2441227 Российская Федерация, RU 2 441 227 а, МПК G01N 27/72 (2006.1). Способ магнитной дефектоскопии изделий в напряжённом состоянии / Степанов А.П., Ми-лованов А.И., Степанов М.А.; заявитель и патентообладатель Иркут. гос. ун-т путей сообщен. № 2010121417/28, заявл. 26.05.2010, опубл. 27.01.2012, Бюл. №3. 3 с. Пат. №2452943 Российская Федерация, RU 2 452 943 а, МПК G01N 27/82 (2006.1). Способ обнаружения изгибных напряжений / Степанов А.П., Степанов М.А., Милованов А.И., Саломатов В.Н.; заявитель и патентообладатель Иркут. гос. ун-т путей сообщен. № 2010142042/28, заявл. 13.10.2010, опубл. 10.06.2012, Бюл. № 16. 5 с. Пат. №2455634 Российская Федерация, RU 2 455 634 а, МПК G01N 27/80 (2006.1). Спо-
соб оценки запаса прочности изделий в процессе эксплуатации / Степанов А.П., Степанов М.А., Милованов А.И., Милованова Е.А., Саломатов В.Н.; заявитель и патентообладатель Иркут. гос. ун-т путей сообщен. № 2010145975/28, заявл. 10.11.2010, опубл. 10.07.2012, Бюл. № 19. 5 с.
9. Степанов М.А., Степанов А.П., Пыхалов А.А. Оценка изгибных напряжений стальных конструкций, имеющих сечение простой симметричной формы // Транспортная инфраструктура Сибирского региона : материалы пятой между-нар. науч.-практ. конф., посвящённой 40-летию начала строительства Байкало-Амурской магистрали. Иркутск, 31 март.-04 апр. 2014 г. Иркутск : Изд-во ИрГУПС, 2014. Т.1. С. 365-370.
10. Оценка нормального напряжения при плоском изгибе балки с помощью метода магнитного контроля и моделирования на основе метода конечных элементов / А.П. Степанов, М.А. Степанов, А.А. Пыхалов, Зыонг Ван Лам // Транспортная инфраструктура Сибирского региона : материалы шестой междунар. науч.-практ. конф., посвящ. 40-летию со дня образования Иркут. гос. ун-та путей сообщ. Иркутск, 30 сент.-03 окт. 2015 г. Иркутск: ИрГУПС, 2015. Т.1. С. 455-470.
11. Физическая энциклопедия : сайт. URL: http://allphysics.ru. (дата обращения 15.01.2016).
12. Белов К.П. Магнитные превращения. М. : Физ-матлит, 1959. 260 с.
13. Сопротивление материалов : учеб. для вузов / под общ. ред. Г.С. Писаренко. Киев : Вища школа. Головное изд-во, 1979. 696 с.
УДК 669.71:502.3
Ржечицкий Эдвард Петрович, к.т.н., с.н.с. отдела инновационных технологий ФТИ, Иркутский национальный исследовательский технический университет, тел. 8-3952-252151, e-mail: epr523@gmail.com Иванов Никита Николаевич, аспирант ФТИ, Иркутский национальный исследовательский технический университет,
тел. 89025773383, e-mail: crist2003@mail.ru Иванчик Николай Николаевич,
аспирант ФТИ, Иркутский национальный исследовательский технический университет,
тел. 89500952880, e-mail: nikolayivanchik@gmail.com
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ И ЭФФЕКТИВНОСТИ «СУХОЙ» ГАЗООЧИСТКИ
E. P. Rzhechitskiy, N. N. Ivanov, N. N. Ivanchik
RESEARCH METHODS AND EFFICIENCY AERODYNAMIC PARAMETERS OF THE «DRY» GAS PURIFICATION
Аннотация. По результатам инструментальных исследований рассчитывались следующие характеристики пыглегазо-воздушных потоков организованного газоотсоса и систем газоочистки: плотность газовой среды при рабочих условиях; скорость движения пыглегазовоздушного потока на участке замера; объем газа при рабочих условиях; объем газа при нормальных условиях; удельное количество подсасываемого атмосферного воздуха. Компоновка системы «сухой» газоочистки и системы
Машиностроение и машиноведение
газоходов была произведена с привязкой к существующим подземным газоходам. Выявлены причины неравномерности газоотсоса, определена необходимость герметизировать системы газоходных каналов для предотвращения разбавления электролизных газов атмосферным воздухом, обратить внимание на герметизацию укрытий электролизеров и по максимуму сократить время раскрытия ванн при регламентных обработках. Найдены причины избыточной шумовой нагрузки при работе блока газоочистки - близкое расположение к дымососам и малая масса свечей отвода очищенных газов. В связи с большими капитальными затратами по переводу электролизеров на верхний газоотсос целесообразно реконструировать серию с установкой более мощных электролизеров с обожженными анодами.
Ключевые слова: сухая газоочистка, электролиз, аэродинамические параметры, алюминиевая промышленность.
Abstract. The results of instrumental studies allowed to calculate the following characteristics offume exhaust and fume scrubbing .systems dust-gas streams: the density of the gaseous medium under operating conditions; the velocity of dust-gas flow at the measurement site; gas volume under the operating conditions; volume of gas at normal conditions; the specific amount of air inleakage. The layout of the dry scrubbing system and flue system is made with reference to the excisting underground flues. The cauces of uneven fume exhausting are found out. It was also defined that it was necessary to seal flue systems in order to avoid electrolytic gas diluting with atmospheric air, to pay attention to electrolyzer shelters sealing, and reduce to the minimum baths disclosure time in routine processing. The causes of excess noise load when scrubber cells functioning are found out to be their physical proximity to fume exhaust systems and purified gas drain plug small mass. Due to targe capital expenditures of electrolyzers transfer to upper fume exhausted system, it is advisable to reconstruct the series installing more powerful electrolyzers with baked anodes.
Keywords: dry gas cleaning, electrolysis, aerodynamic parameters, aluminum industry.
Введение
В последние годы в России «сухая» газоочистка электролизного производства алюминия, основанная на адсорбции фтористого водорода, смолистых веществ (включая бенз(а)пирен) и части соединений серы поверхностью частиц глинозема, получила всеобщее признание. В настоящее время системы «сухой» газоочистки эксплуатируются на Кандалакшском, Богословском, Красноярском, Братском, Уральском и Тайшетском алюминиевых заводах, для Волгоградского алюминиевого завода выполнен проект, а для Волховского и Надвоицкого алюминиевых заводов системы «сухой» газоочистки находятся в стадии проектирования.
Показатели «сухой» газоочистки превосходят показатели содобикарбонатных схем газоочистки, включающих электрофильтр и аппарат мокрой очистки, хотя существует ряд проблем, которые приводят к ухудшению работы систем газоочистки. [1-4] Одной из причин нестабильной работы систем «сухой» газоочистки является неудовлетворительная работа систем организованного газоотсоса. Неточности проектных проработок, ошибки монтажа оборудования, а также неоптимальные режимы эксплуатации приводят к деба-лансу газоотсоса от электролизеров, что является причиной возникновения подсосов, ухудшения условий работы внутри электролизных корпусов и снижения степени очистки электролизных газов.
В состав 6-й серии электролизного цеха, оснащенной установкой «сухой» очистки газов, входят два одноэтажных корпуса №№ 5-6, оснащенные электролизерами с боковым токоподводом с самообжигающимися анодами на силу тока ~94,5 кА с четырехрядным поперечным расположением. [1, 5-8] КПД укрытия электролизеров в настоящее время составляет порядка 87 %. Системы газоотсоса комбинированные:
внутрикорпусные - подземные, наружные -магистральные газоходы большого сечения. Установка «сухой» очистки газов состоит из 24 модулей «реактор-рукавный фильтр» с регенерацией ткани фильтров сжатым воздухом. Образующийся фторированный глинозем направляется на получение алюминия. [9-12]
Инструментальные замеры производились специалистами ОАО «СибВАМИ» при технической и организационной поддержке работников филиала «БАЗ-СУАЛ» в соответствии с ГОСТ 17.2.4.06-90 «Методы определения скорости и расхода газопылевых потоков, отходящих от стационарных источников загрязнения. В блоке «сухой» газоочистки были обследованы 24 модуля со снятием аэродинамических параметров на входах в реакторы, на переходах «реактор - рукавный фильтр» и на выходах из рукавный фильтров. Также была обследована сеть наружных газоходов большого диаметра и тягодутьевое оборудование. Внутри электролизных корпусов были сняты аэродинамические параметры на соединительных патрубках (спусках) электролизеров в точках, указанных на рис. 1 и 2.
По результатам инструментальных исследований рассчитывались следующие характеристики пылегазовоздушных потоков организованного газоотсоса и систем газоочистки:
- плотность газовой среды при рабочих условиях;
- скорость движения пылегазовоздушного потока на участке замера;
- объем газа при рабочих условиях;
- объем газа при нормальных условиях;
- удельное количество подсасываемого атмосферного воздуха.
Анализ результатов расчетов показал следующее:
Рис. 1. Места точек замера аэродинамики в 5-м корпусе
1. Средний объем газоотсоса от одного электролизера по корпусам электролиза, согласно данным инструментальных исследований, составляет:
- по корпусу 5 - 6056,24 нм3/час;
- по корпусу 6 - 6096,11 нм3/час.
2. Объем газа, проходящего через модули газоочистки на входе, варьируется от 52071,76 нм3/час до 62799,49 нм3/час при среднем объеме по модулям 58169,91 нм3/час. Таким образом, разброс составляет 18,44 %, что является лучшим показателем, чем на действующих газоочистных сооружениях. Кандалакшского алюминиевого завода (блок № 1 - 64,08 %, блок № 2 - 49,7 %) [3; 13-19].
3. Объем газоотсоса по работающим дымососам №№ 1, 2 и 3 составил 564387,2 м3/час (422685,3 нм3/час), 566870,8 м3/час (422511,9 нм3/час) и 588944,0 м3/час (441032,8 нм3/час) соответственно. Максимальный объем газоотсоса со-
Рис. 2. Места точек замера аэродинамики в 6-м корпусе
гласно технической характеристике 600 000,0 м3/час.
Результаты расчета
Результаты расчета количества подсасываемого атмосферного воздуха приведены в табл. 1 и 2.
Баланс газоотсоса, составленный по результатам инструментальных исследований и расчета количества подсасываемых газов, приведен на рис. 3.
Ситуационная схема распределения статического давления (разрежения) по сети газоходов приведена на рис. 4.
Выводы
Подводя итоги исследования аэродинамических параметров системы «сухой» газоочистки 6-й серии электролиза, можем сказать следующее:
Т а б л и ц а 1
Результаты расчета количества подсосов в 5-м электролизном корпусе_
Номера ванн Кол-во ванн Среднее кол-во отсасываемых от электролизера газов, нм3/час Всего газоотсос от ванн, нм3/час Всего газоотсос от корпуса по сумме сборных газоходов (юг и север), нм3/час Кол-во подсасываемого воздуха, нм3/час % от факта Удельный подсос, нм3/час^ванну
(833-836) + (841-844) + (665-748) 92 6 056,24 от 4 газоотводящих патрубков 557 174,33 731 733,66 174 559,33 31,33 1897,38
Т а б л и ц а 2
Результаты расчета количества подсосов в 6-м электролизном корпусе
Номера ванн Кол- во ванн Среднее кол-во отсасываемых от электролизера газов, нм3/час Всего газоотсос от ванн, нм3/час Всего газоотсос от корпуса по сумме сборных газоходов (юг и север), нм3/час Кол-во подсасываемого воздуха, нм3/час % от факта Удельный подсос, нм3/час-ванну
(837-840) + (845-848) + (749-832) 92 6 096,11 от 4 газоотводя-щих патрубков 560 841,94 637 490,29 76 648,35 13,67 833,13
1. Компоновка системы «сухой» газоочистки и системы газоходов была произведена с привязкой к существующим подземным газоходам. Поэтому в связи с неидеальной компоновкой возникает факт неравномерности в распределении организованного отсоса. При монтаже системы трубопроводов в некоторых местах стыковка труб производилась по сложному профилю, особенно в местах тройников. Поэтому сеть газоходов до и после блока газоочистки имеет много участков с повышенными местными сопротивлениями. Это является объяснением к неравномерности статического давления (разрежения) в газоходах. [4, 6, 2026].
2. Вторая причина неравномерности газоотсоса заключается в наличии неплотностей в системе подземных газов [27-31]. Необходимо герметизировать системы газоходных каналов для предотвращения разбавления электролизных газов атмосферным воздухом.
3. Необходимо обратить внимание на герметизацию укрытий электролизеров и по максимуму сократить время раскрытия ванн при регламентных обработках.
4. Избыточная шумовая нагрузка при работе блока газоочистки возникает из-за близкого расположения к дымососам и малой массы свечей отвода очищенных газов. Необходимо утяжелять конструкцию свечей, т. к. в настоящее время возникают сильные вибрации строительных конструкций, что может привести к «усталости» металла и разрушению конструкций.
5. В связи с большими капитальными затратами по переводу электролизеров на верхний газоотсос целесообразно реконструировать серию с установкой более мощных электролизеров с обожженными анодами.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Пат. 2429198 Рос. Федерация. Способ переработки твердых фторуглеродсодержащих отходов электролитического производства алюминия. / Афанасьев А.Д., Ржечицкий А.Э., Ржечицкий Э.П., Кондратьев В.В., Паньков С.Д., Иванов Н.А.
3
и
Рис. 3. Баланс газоотсоса, составленный по результатам инструментальных исследований и расчета количества
подсасываемых газов
2. Управление концентрацией глинозема в электролите при производстве алюминия / В.А. Ершов и др. // Металлург. 2011. № 11. С. 96-101.
3. Теория и практика прикладной гидроаэромеханики в обогащении полезных ископаемых и металлургии / К.Л. Ястребов и др. Иркутск : Изд-во ИрГТУ. 2015. 350 с.
4. Утилизация фторсодержащих отходов алюминиевых заводов путем внедрения технологии получения низкомодульного регенерационного криолита / С.А. Соболев и др. // Экология и промышленность России. 2009. № 5. С. 38-42.
5. Промышленные испытания опытных электролизеров с обожженными анодами при повышении силы тока с 300 до 330 КА / Ю.В. Богданов и др. // Цветные металлы. 2009. № 2. С. 47-50.
6. Исследование и разработка комплексной технологии утилизации твердых фторуглеродсо-держащих отходов алюминиевого производства : дис. ... канд. техн. наук / В.В. Кондратьев. Иркутск, 2007. 164 с.
7. Шахрай С.Г., Кондратьев В.В., Белянин А.В. Энерго- и ресурсосбережение в производстве алюминия. Иркутск : Изд-во ИрГТУ. 2014. 146 с.
8. Исследования и разработка рецептуры наномо-дифицированного чугуна для ниппелей анодов алюминиевых электролизеров / В.В. Кондратьев и др. // Металлург. 2012. № 1С. 69-71.
9. Новые технологические решения по переработке отходов кремниевого и алюминиевого производств / В.В. Кондратьев // Металлург. 2013. № 5. С. 92-95.
10. Ржечицкий Э.П., Кондратьев В.В. Экологическая и экономическая эффективность переработки растворов газоочистки и фторуглеродсо-держащих отходов производства алюминия // Экология и промышленность России. 2011. № 8. С. 28-31.
11. Ржечицкий Э.П., Кондратьев В.В. Регенерация фтористых соединений на алюминиевых заводах // Вестник ИрГТУ. 2011. № 2 (49). С. 158-163.
12. Кондратьев В.В., Ржечицкий Э.П. Пути решения проблемы отложений в аппаратах глиноземного производства // Вестник ИрГТУ. 2011. № 5 (52). С. 120-125.
13. Охлаждение анодных газов алюминиевых электролизеров в теплообменниках нагрева глинозема / С.Г. Шахрай и др. // Металлург. 2015. № 2. С. 29-32.
14. Дошлов О.И., Кондратьев В.В., Угапьев А.А. Применение тяжелой смолы пиролиза в качестве компонента связующего для производства анодной массы // Металлург. 2015. № 5.
С. 72-77.
15. , Предварительный нагрев обожженного анода / Кондратьев В.В. и др. // Цветные металлы. 2015. № 1 (865). С. 54-56.
16. Компаундирование как перспективная технология производства альтернативных связующих материалов для производства анодной массы / О.И. Дошлов и др. // Кокс и химия. 2015. № 1. С. 34-41.
17. Повышение энергетической эффективности производства алюминия снижением газонапы-ленности электролита / С.Г. Шахрай и др. // Системы. Методы. Технологии. 2015. № 1 (25). С. 103-107.
18. Повышение эффективности газоулавливания в рабочей зоне электролизеров с предварительно обожженными анодами с силой тока свыше 300 КА / Кондратьев В.В. и др. // Экология и промышленность России. 2012. № 7. С. 8-11.
19. Исследование влияния технологических факторов на температурные характеристики электролитов при производстве алюминия / Сысоев И.А. и др. // Вестник ИрГТУ. 2010. № 2. С. 193-198.
20.Кондратьев В.В., Афанасьев А.Д., Богданов Ю.В. Изучение термической регенерации фтора из угольной пены (отхода алюминиевого производства) // Цветные металлы. 2011. № 7. С.36-38.
21. Наночастицы углерода в отходах производства алюминия и их модифицирующие свойства / Афанасьев А.Д. и др. // Вестник ИрГТУ. 2009. № 4. С. 13-17.
22. Теория и практика процессов флотационного обогащения наноразмерных сред / В.В. Кондратьев и др. / Иркутск : Изд-во ИрГТУ. 2015. 160 с.
23.Кондратьев В.В., Шахрай С.Г. Исследования и разработка предложений по оптимизации аэродинамических параметров систем газоудаления от электролизеров Кандалакшского и Богословского алюминиевых заводов // Вестник ИрГТУ. 2011. № 6. С. 91-98.
24. Технологические решения по энергосбережению и снижению капиталоемкости систем газоудаления и газоочистки алюминиевых производств / В.В. Кондратьев и др. // Металлург 2013. № 9. С. 27-30.
25. Перспективы применения нанотехнологий и наноматериалов в горно-металлургической промышленности / В.В. Кондратьев и др. // Вестник ИрГТУ. 2010. № 1. С. 168-174.
26.Ржечицкий Э.П., Кондратьев В.В., Шахрай С.Г. Сульфат натрия при производстве алюминия:
Машиностроение и машиноведение
проблемы и перспективы // Вестник ИрГТУ. 2011. № 8. С. 148-154.
27. Ржечицкий Э.П., Кондратьев В.В., Тенигин А.Ю. Технологические решения по охране окружающей среды при производстве алюминия. Иркутск : Изд-во ИрГТУ, 2013. 159 с.
28.Извлечение наночастиц углерода из фторированного глинозема при производстве алюминия / В.В. Кондратьев и др. // Металлург. 2012. № 12. С. 74-78.
29.Шахрай С.Г., Коростовенко В.В., Ребрик И.И. Совершенствование систем колокольного газоотсоса на мощных электролизерах Содерберга. Красноярск : ИПК СФУ, 2010. 146 с.
30. Технико-экологические и правовые аспекты производства алюминия / В.В. Кондратьев и др. СПб. : Изд-во МАНЭБ, 2011. 224 с.
31. Влияние коэффициентов фильтрации на достоверность прогноза изменения напряжения алюминиевого электролизера / В.А. Ершов и др. // Вестник ИрГТУ. 2010. № 5 (45). С. 184-187.
32. Ершов В.А., Сысоев И.А. Способ определения концентрации глинозема в криолит-глиноземном расплаве // патент на изобретение RUS 2467095 10.05.2011.
33. Исследование и разработка технологии получения алюминия с применением глинозема из боксита Средне-Тиманского месторождения : дис. ... канд. техн. наук / В.А. Ершов. Иркутск, 2008.
34. Определение эффективности работы алюминиевых электролизеров при использовании укрупненного глинозема марки Г-00К / Н.В. Евсеев и др. // Цветные металлы. 2006. № 12. С.51-54.
35. Производство алюминия и сплавов на его основе: справочник металлурга / Б.И. Зельберг и др. Иркутск : Издательство ИрГТУ. 2015. 764 с.
36. Наноструктуры и алюминиевая промышленность / В.В. Кондратьев и др. // Вестник ИрГТУ. 2015. № 8. С. 77-85.
37.Радионов Е.Ю., Ершов В.А. Особенности магнитной гидродинамики электролизёров 0А-300 5-ой серии иркутского алюминиевого завода // Вестник ИрГТУ. 2009. № 4 (40). С. 210-213.
38.Ершов В.А. Автоматическая подача глинозема на электролизерах с боковым токопроводом // Системы. Методы. Технологии. 2014. № 4 (24). С.99-102.
УДК 621.982.5 Макарук Александр Александрович,
к. т. н., доцент кафедры технологии и оборудования машиностроительных производств, Иркутский национальный исследовательский технический университет, тел. 8-952-610-64-95, e-mail: makaruk_aa@mail.ru Гридасова Елена Владимировна, инженер кафедры технологии и оборудования машиностроительных производств, Иркутский национальный исследовательский технический университет, тел. 8-904-146-00-13, e-mail: rapid-steel@mail.ru
СОЗДАНИЕ КОМБИНИРОВАННОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПРАВКИ-УПРОЧНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ
ТИПА ПОДКРЕПЛЕННЫХ ОБОДОВ И СТЕНОК
A. A. Makaruk, E. V. Gridasova
DEVELOPMENT OF COMBINED SHAPING-HARDENING TECHNOLOGY
FOR RIBBED RIMS AND WEBS
Аннотация. Для правки и упрочнения маложестких подкрепленных деталей представлена комбинированная технология, включающая в себя превентивное деформирование раскаткой и дробеметное упрочнение. Рассмотрены этапы разработки технологии и применяемые методы исследования. Для разработки методики расчета параметров комбинированного процесса правки-упрочнения необходимо выполнение следующих этапов: разработка программы-методики исследования; разработка методики расчета технологических параметров процесса с применением САЕ-систем; проведение экспериментальных исследований согласно программы-методики; отработка технологии на конструктивно-подобных образцах, разработка и согласование технологической инструкции; внедрение в производство.
Показано, что в результате экспериментально-теоретических исследований возможна разработка методика расчета технологических параметров процесса правки-упрочнения. Отмечено, что дополнительные сложности при моделировании данного процесса вносит оребренная конструкция деталей, так как напряжения на ребрах и полотне могут получаться различными. Оценка точности разработанной методики будет сделана на основе сравнения расчетных данных с результатами эксперимента на КПО. Как итог разработок является возможность создания соответствующей нормативной документации для внедрения процесса на производство.
Ключевые слова: раскатка, дробеметная обработка, коробление, поверхностное упрочнение.
Abstract. For straightening and hardening Malaiesti supported by details presented combined technology, which includes preventive deformation by rolling and shot-blasting hardening. The stages of technology development and applied research methods. To develop methods of calculation ofparameters of the combined process of editing-hardening has the following stages: application development-methods of investigation; development of methods of calculation of technological process parameters with the use of CAE systems; pilot studies according to the program-methodology; development of a technology for structurally-similar patterns, development
