CC BY
10
ЭОЖ 621.3:669.71
А. С. Жанаев, О. Т. Ибраева
С. ТораЙFыров атындаFы Павлодар мемлекетпк университет^ Павлодар к.
АЛЮМИНИЙ ЭЛЕКТРОЛИЗ1 YШIН БЫЛАУЫШТЬЩ Ц¥РЫЛГЫСЫН 1ЛГЕР1ЛЕУ МАЦСАТЫНДА ЭЛЕКТР ЭНЕРГИЯНЬЩ ШЫГЫНЫН ТЭМЕНДЕТУ
Мацалада алюминий элекmролизi ушт былауыштъщ цурылгысын шгершеу мацсатында электр энергияныц шыгынын твмендету царастырылады.
«^ЭЗ» А^ алгашкы алюминийдi алудыц технологияльщ процес криолиттi сазбалшыкты балкыманын электролизiне непзделген. Электролиз электролизерлерде жYзеге асырылады. Электролизер катодты жэне анодты курылгылардан турады. Катодты курылгы кeмiр баскыштары мен бортталган блоктармен футерленген метал каптамадан турады. Электролизердщ Yстiне анодты курылгыга бекiтiлетiн кYЙдiрiлген анодтар iлiнедi. КYЙдiрiлген анодтар шамамен 1100 °С температурада алдын-ала кYЙдiрiлген пiсiрудi байланыстырушы мен кокс коспасынан турады. Катодтын кызметш балкытылган алюминий аткарады. Электролит курамында саз балшык (А1203), ерiтiлген АШ3 аздаган калдыгынан туратын балкытылган криолиттен (№3АШ6) турады.
Алюминий eнеркэсiбiнiн дамуынын барлык кезендерiнде алюминийден жасалынган электролизерлердщ курылымынын жетiлдiрiлуiн карастыра отырып, барлык кезендерде бiр уакытта оган керсетшетш кызметке деген енбек шыгынын кыскартканда, электр энергиясын тутынуды темендеткенде, енбек шарттарын жаксартканда жэне коршаган ортага зиянды eнеркэсiптiк калдыктарды темендеткенде агрегаттын бiрлi-жарым куатын eсiру ен манызды рель аткаратындыгы туралы негiзгi корытынды жасауга болады. Жана алюминий зауытына электролизерлердiн кандай да бiр курылымын тандаган кезде ен алдымен осы факторларды ескередi.
Kазiрri замангы алюминийден жасалынган электролизерлер курылымынын негiзi кeмiрден жасалынган материалды катод болып табылатындыктан, онын да eзiндiк кемшiлiктерi бар. Кeмiр катодтары алюминиймен дымдалмайтындыктан, бул жагдай киындык тудырады. Тегiс эрi туракты катодтык беттi камтамасыз ету Yшiн электролизердiн eлшемi мен аякталынбаган eндiрiстiн кeлемiн улгайтуга мYмкiндiк беретшдей, электролизердiн ваннасында алюминийдщ биiк баганасын (10-40 см) белгiленген нормада устап туру керек. Дымдалатын электродтарды пайдалану полюсаралык аракашыктыкты кыскарту мYмкiншiлiгiн тудырады, сонымен коса ваннанын eлшемдерi кiшiрейедi. Полюсаралык аракашыктыктын кыскаруы нэтижесiнде электролиттеп кернеудiн тYсуi тeмендейдi, сонын аркасында электр энергиясы Yнемделедi жэне электролизердщ жеке куатын eсiру мYмкiндiгi туады.
Сол Yшiн энергия шыгынын тeмендету жэне электролизерлердiн катодык курылгысынын кызмет кeрсету мерзiмiн узарту, сонымен катар металды
шыFарудаFы онын eзiндiк кунын темендете отырып, алюминий электролизi процесшщ технологиясын жет!вдру.
Композиттi материалдарды тандау жэне электролизердщ катодтык KурылFысын композиттi материалмен, титан диборвддмен жабуды пайдалана отырып, алюминий электролизi процесiнiн технологиясын жасау.
Электролизерлер курылымынын тYрлi жYЙелерiн карастыра отырып, олардьщ барлыFы катодтык жэне анодтык курыетынын уксас тYЙiндерiнен, газ устап калу жYЙесiнен жэне шиналау жуйесшен тYратындыFына кез жеткiзуге болады.
Катодты кYPылFы. Алюминий электролизердiн катодты курыгаысы криолитть сазбалшыкты балкымада электролиз процес ету Yшiн кажет болатын жаFдайларды жасауFа арналFан.
^абык пен кeмiр футеровкасы арасына жылуокшаулаFыш матриалдар, шамот юртштер немесе шамотты толтырулар орналастырылады. Осындай футеровка криолиттi балкыманын эсерше тeзiмдi жэне токты жаксы етюзед^ eйткенi тeменгi жактау электролизердiн катоды кызметш аткарады.
Электролизерлердiн кeмiр катодтары алюминиймен дымданбайды. Тегiс жэне туракты катодты беттi камтамасыз ету Yшiн электролиз ваннасында алюминийдщ жоFары баFанасын (10-40 см) устап туруды камтамасыз ету керек, бул онын eлшемi мен аякталмаFан eндiрiстiн кeлемiн eзгертедi. Дымдалатын электродтар ПАД кыскартуFа мYмкiндiк бередi жэне сонымен бiрге ванналардын габариттерiн тeмендетедi. Сонымен коса, дымдалатын катодтарды колдаетанда электродтары тiк болатын ^п полярлы электролизерлердiн курылымын eзгерту мYмкiнiдiгi де туады.
Катодтын алюминиймен дымдалу технологиясы ваннада тeменгi денгейш металлмен процестi eткiзуге мYмкiндiк бередi жэне ПАД 20-30 мм; тепс жэне туракты катодты бетпен камтамасыз етедц электролизерлердiн кызмет кeрсету мерзiмiн узартады. TiB2, ZrB2, BN, ТЮ, SiC, TiB2 пен сазбалшыктын коспасынан туратын суспензия, сонымен катар ^В2-С негiзiндегi тeсемелер перспективтi болып табылады. Дымданатын каттодтар Chalco (^ытай), Мокеск (Норвегия), Сота1со (Австралия мен Англия) компанияларында колданылуда.
ЖYргiзiлген эдеби жэне теориялык талдаудын негiзiнде алюминий электролизерлершде титан диборидiнен жасалынFан композиттi материалмен жабылFан графиттелген катодты колдану усынылады.
Усынылып отырFан шешiмдi тYптулFамен Fана емес, сонымен катар техниканын бершген аумаFындаFы баска да техникалык шешiмдермен де салыстыру олардан ерекше белгiлердi ажыратуFа мYмкiндiк бермедi. Бул «ойлаптапкыштык денгей» белгiсiне сэйкес келедi деген шешiмдi кабылдауFа мYмкiндiк бередi. Тэсщдщ тиiмдiлiгiн тексеру мен салыстырмалы сынактардан eткiзу Yшiн тундырудын анаFурлым катан шарттарда, сонын iшiнде eнеркэсiптiк электролиз кезшде жYзеге асырылатын параметрлер интервалында, сонымен катар eнеркэсiп шыFаратын жэне колжетiмдi реагенттердi колдану аркылы боридтж тeсеменi жаFудын бiрнеше нускалары кабылдаетан.
1 кесте - ЖаFу шарттары мен композит материалдарды бакылау нэтижелерi
ЖаFу шарттары Бакылау нэтижелерi
КО - 2,9 Курамы - 95 % ТВ2, 5 %
Сазбалшыктыц курамы - 8 % Т120з
Коспаныц курамы - 1,07 % ТЮ2 Ток бойынша шыFуы - жуыктап
0,93 % В203 35 %
Ток тыFыздыFы: 0,45 А/см2 Алюминиймен дымдалады
Узактыиы - 30 мин.
КО - 2,7 Курамы - 92 % ТВ2, 8 %
Сазбалшыктыц курамы - 8 % Т1203
Коспа - 0,53 % ТЮ2 и 0,47 % В203 Ток бойынша шыFыс - 31 %
Ток тыFыздыFы - 0,45 А/см2 Алюминиймен дымдалады
Узактыиы - 30 мин.
КО - 2,5 Курамы - 87 % та2, 13 %
Сазбалшыктыц курамы - 8 % Т1203
Коспа - 0,53 % ТЮ2 и 0,47 % В203 Ток бойынша шыFыс - 29 %
Ток ты^ызды^ы - 0,25 А/см2 Алюминиймен дымдалады
Дымдалатын тесемеш жаFуда усынылатын тэсiл келесi жаFдайда ец колайлы болады:
1) айналмалы электролитпен кYЙдiргеннен кейiн электролизердi кажет болатын штаттык мелшерде ендiру;
2) белгшенген концентрацияда керсетiлген коспаны электролитке енпзу;
3) штатты температурада жэне 0,1-0,9 А/см2 ток тыFыздыFында стандартты анодтарды колдана отырып тесеменi электрохимиялык тундыру;
4) ец кажеттi шекте реагенттердiц концентрациясын устап туру максатында жэне кажет болатын калыцдыкты алу Yшiн боридтi тесеменi тундыру барысында, шыFындалу шамасына карай коспалардыц косымша мелшерiн енгiзу;
5) коспаларды косуды токтату жэне кажет болатын калыцдыктаFы тесеменi алFаннан кейiн электролизердi штатты жумыс режимiне шыFару: коспалардыц шьиындалу мелшерiне байланысты металл боридi белшушщ шектi тогы кYрт темендейд^ катодта алюминийдщ белiнуi басталады.
Усынылып отырFан тэсiл арзан эрi теменгi жактаудыц дымдалатын тесемесiн алудыц жэне процесстщ технологиялык керсеткiштерiн жоFарылатудыц, алюминий электролизерлершщ кызмет керсету мерзiмiн узартудыц тиiмдi техникалык шешiмi болып табылады.
GP-320 электролизлерi Yшiн электр энергиясыныц меншжт шыгыны 13770 кВт•саF/т курайды, электр энергиясыныц алыетан шыFыны композиттi материалдарды колдану алюминий ендiрiсiне электр энергиясын тутынуды темендетуге мYмкiндiк беретiндiгiн керсетед^ Ецбек шарттары мен коршаFан ортаны KорFауFа койылFан талаптардыц есуi анодтары кYЙдiрiлген электролизерлердiц 34
курылымын анаFурлым перспективтi еттi, мiне сондыктан барлык элемдiк сала электролизердiц нак осы тYрiне кешуге тырысуда. Кешу тек кана экологиялык жэне технологиялык керсеткiштердi (электр энергиясыныц шыFыны, ток бойынша шыFыс жэне т.б.) жаксартып коймай, сонымен катар агрегаттыц бiрлiк куатыныц едэуiр есуiне, процестiц автоматтылыFын кецiнен дамытуFа мYмкiндiк бередi.
Жумыста анодтары алдын-ала кYЙдiрiлген, 336 кА токка есептелiнген жэне ток бойынша шы^ысы 93 % болатын электролизердщ есебi керсетiлген, материалдык аFындар, электрлж жэне жылулык тецгерiмдер келтiрiлген.
2 кесте - Жетiлдiрiлген электролизер келесi параметрле зге ие:
Ток кYшi 336 кА
Токтьщ анодтьщ тыгыздыгы 0,714 А/см2
Анодтардьщ санысаны 42 дана
Жоспардагы блоктыц влшемдерi 700x1600 мм
Анод блогыныц биiктiгi 550 мм
Бергiш бвлштердщ саны 28 дана
Шахтаныц влшемi 16280x4000x550 мм
Анодтардыц:
шахтаныц ^зын ^абыргаларына дейiнгi ^ашы^тык 310 мм
шахтаныц сырт^ы ^абыргаларына дейiнгi ^ашы^ты^ 390 мм
Ток бойынша шыгыс 93 %
Электр энергиясыныц шыгыны 13636,6 кВт саг/т
Орташа кернеу 4,256 В
Тэулштш вндiргiштiк 2516 кг
Инновациялык белiмiнде катодтык K¥PылFылардыц кызмет керсету мерзiмiн 3-5 жылFа жоFарылататын (кемiртектi материалдар Yшiн ец кеп дегенде бiр жыл), электрэнергетикалык ресурстарды пайдалану шыFынын, демек алюминий ендiрiсiне кететш материалдык шыFындарды темендететiн композиттi материалдарды колдану усынылады.
Электролизердiц геометриялык елшемдершщ есептерi, материалдык тецгерiм, шиналаудыц есеб^ титан диборидi тесемесi бар графитл катодтар колданылатын, 336 кА куатка есептелiнген электролизердiц электрлiк жэне энергетикалык тецгерiмдерi келтiрiлген. Ваннада электр энергиясыныц меншжт шыFыны 13636,6 кВт саF/т курады, ал казiр пайдаланылып жYрген ваналарда орташа есеппен бул шама 14000 кВт саF/т курайды.
Алюминий электролизi цехыныц жылдык енiмдiлiгi топтамаларда ток кYшiн 336 кА дешн есiргенде, 288 жумыс жасап турFан ванналарда 262599 т/жыл курады.
ЭДЕБИЕТТЕР Т1З1М1
1 Авдеев, В. А. Основы проектирования металлургических заводов: справочное издание / В. А. Авдеев, В. М. Друян, Б. И. Кудрин. - М. : Интермет Инжиниринг, 2002. - 464 с.
2 Ибрагимов, А. Т. Электрометаллургия алюминия. Казахстанский электролизный завод / А. Т. Ибрагимов, Р. В. Пак. - Павлодар, 2009 - 200 с.
3 Горланов, Е. С., Баранцев, А. Г. Способ получения и поддержания содержащего бориды тугоплавких металлов защитного покрытия углеродистых блоков // Патент России №2221086. 01.10.2004.
4 Devyatkin, S. V., Kaptay, G. Chemical and Electrochemical Behaviour of Titanium Diboride in Cryolite-Alumina Melt and in Molten Aluminum. - Journal of Solid State Chemistry, 154 (2000) 107.
5 Бузунов, В. Ю., Поляков, П. В. Напряжение на ванне. - Материалы высших алюминиевых курсов. - Красноярск, 2003.
6 Поляков, П. В. Современное состояние теории и технологии производства алюминия.
7 Reverdy, M. Principles of Aluminium Elektrolysis. - Int. Course on Process Metallurgy of Aluminium. - Trondheim, June, 1996.
8 Щенков, В. В. Разработка новых технологических процессов получения алюминия / В. В. Щенков, С. Н. Литвак. - Цв. металлургия: Бюл. НТИ Цветметинформация. - 1974, № 9. - С. 38-41.
10 Беляев, А. И. Электролиты алюминиевых ванн / А.И. Беляев. - М. : Металлургиздат, 1961. - 200 с.
11 Терентьев, В. Г. Производство алюминия / В. Г. Терентьев, Р. М. Школьников, И. С. Гринберг, А. Е. Черных, Б. И. Зельберг, В. И. Чалых. - Иркутск: ЧП Плюхин Р. А., 1998. - 348 с.
Материал 27.03.14 баспаFа тYстi.
А. С. Жанаев, О. Т. Ибраева
Снижение потребления электроэнергии с целью улучшения устройства ванны для электролиза алюминия
Павлодарский государственный университет имени С. Торайгырова, г. Павлодар. Материал поступил в редакцию 27.03.14.
A. S. Zhanaev, O. T. Ibraeva
Reducing power consuption in order to improve the device for the aluminium electrolisis
S. Toraighyrov Pavlodar State University, Pavlodar.
Material received on 27.03.14.
В статье рассматриваются проблемы снижения потребления электроэнергии с целью улучшения устройства ванны для электролиза алюминия.
In the article there are considered the issues of reducing power consuption in order to improve the device for the aluminium electrolisis.
