CC BY
0
СНИЖЕНИЕ ПОТРЕБЛЕНИЯ ТОПОЧНОГО МАЗУТА И УМЕНЬШЕНИЕ ПРИМЕСЕЙ В ГОТОВОЙ ПРОДУКЦИИ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ОБОЖЖЕННЫХ
АНОДНЫХ БЛОКОВ
Е.К. Гаврилов, магистрант Сибирский федеральный университет (Россия, г. Красноярск)
DOI:10.24412/2500-1000-2024-5-1-218-221
Аннотация. В статье рассматриваются мероприятия по снижению себестоимости и улучшению качества обожженных анодных блоков, используемых при производстве электролитического алюминия, производится анализ различных циклов огня при обработке зеленых анодных блоков на печи обжига открытого типа. Результатами исследований являются показатели потребления топочного мазута и содержание в кернах готовой продукции примесей, влияющих на качество металлического алюминия, при различных циклах огня на печи обжига.
Ключевые слова: снижение себестоимости, улучшение качества, анодные блоки, цикл обжига, печь обжига.
Рассматривается ряд мероприятий по снижению себестоимости обожженных анодов и улучшению их качества, путём снижения потребления топочного мазута при обжиге зеленых анодов. Место внедрения данных инновационных технологий Иркутская область Тайшетский район село Старый Акульшет ООО «ОК РУСАЛ Анодная Фабрика», отделение обжига, корпус №1 [1].
Обжиг «зеленого» анодного блока представляет собой процесс нагрева анодного блока до высокой температуры с целью задержки спекания связующего и формирования монолитной структуры анода. Во время обжига сохраняется первоначальная структура анода, которая была сформирована в процессе смешивания и вибрационного формования. Это позволяет добиться хорошего качества обожженного анода.
Для обжига анодного блока можно использовать открытые или закрытые кольцевые камерные печи. Оба типа печей обеспечивают высокую производительность и максимальную экономию топлива при обжиге. Однако закрытые кольцевые камерные печи могут обеспечить еще лучшие технические результаты и качество обжига.
Процесс спекания и обжига «зеленого» анодного блока можно условно разделить на следующие этапы:
Стадия 1-я - до 120 °С; Предварительный нагрев «зеленого» анодного блока сопровождается релаксацией (ослаблением) существующих механических напряжений в конструкции, размягчением пека и перегонкой влаги, на данном этапе необходимо держать разумную скорость нагрева иначе это приведет к деформации, слипанию и потере формы анодного блока.
Стадия 2-я - 120 - 350 °С; Термический переход пека и пековококсовых смесей связан с реакцией разложения органических соединений.
Стадия 3-я - 350 - 600 °С; здесь начинается коксование вяжущих и спекание компонентов пековококсовых соединений, а также отделение смол и летучих веществ, которые являются важнейшими аспектами качества, снижение зольности, содержанием летучих и экологической безопасности.
Стадия 4-я - 600 - 1100 °С, предназначен для упрощения физико-химического перехода структуры отожженного анодного блока.
Составление разумного плана температурного обжига, т.е. наличие оптимальной скорости нарастания температуры на каждой из 4-х стадий обжига, является важ-
ным условием получения высококачественных обжиговых анодов с минимальными энергозатратами. Средняя скорость потепления в диапазоне 0 - 800°С должна составлять 9,5 °С/ч, а в диапазоне 0 -350°С скорость потепления должна составлять 6,5-7°С/ч.
То есть, нарастание температуры в диапазоне 800 - 1100 °С не имеет ограничения скорости, но не должно превышать 20 °С/ч, чтобы не вызывать проблемы с анодом.
Оптимальная конечная температура обжига в анодном блоке составляет 10501100 °С в теле анодного блока, причем сдвиг в сторону 1100°С является предпочтительным [2].
Особенностью многокамерных кольцевых печей является то, что обжигаемый продукт неподвижен, а зона горения или обжига циклически перемещается из одной камеры в другую по кольцу печи. Весь цикл нагрева и технологического процесса, включая зоны предварительного нагрева, принудительного горения и охлаждения, а также камеру, в которой происходит подготовка к циклу (загрузка и выгрузка), называется «обжигом». Печь имеет несколько камер, в которых работают не-
сколько «огней». В обычно используемой открытой печи от 18 до 20 камер образуют один «огонь», который распределяется следующим образом: «Мертвая» камера, т.е. первая камера системы обжига, которая блокируется. Эксплуатация печи должна осуществляться таким образом, чтобы максимально использовать все камеры, обеспечивая соблюдение заданного графика обжига и получение требуемого качества обожженного анодного блока [3].
EMAL производит обожженные аноды для завода на двух печах обжига номинальной годовой производительностью 450000 тонн обожженных анодов. Работающие на газе печи обжига с открытым верхом, поставленные компанией Riedhammer, оборудованы системой огня R&D Carbon. Идентично спроектированные две печи обжига состоят из 64 камер, 9 огневых простенков и 8 кассет, как показано на рисунке 1.
На каждой печи установлено 4 огня, каждый оборудован одним вытяжным ма-нифольдом, одной рампой контроля разрешения, тремя горелочными мостиками и двумя воздушными охладителями, как указано на рисунке 1.
Рис. 1. Схема печи обжига на заводе EMAL
При проектировании кассет с повышенной удельной производительностью возникли, в частности, следующие проблемы:
- Однородность распределения температуры на всех этапах обжига для обеспечения однородности качества [4].
- Управление сгоранием пека, обеспечивающее полное сгорание всех летучих
пека для снижения до минимума потребления энергии и выбросов [5].
Для решения этих задач на обеих печах и в системе огня внедрены многочисленные конструктивные особенности. Для решения тепловых и динамических аспектов использовалось термодинамическое моделирование (CFD) [6].
Нами производилась оценка потребления топочного мазута при различных циклах обжига и изменение качественных характеристик готовой продукции. Рассматривая снижение себестоимости путем уменьшения потребления топлива (топочного мазута) увеличением цикла обжига зеленых анодных блоков, общепринятым
циклом является 28 часов. Нами предложены темпы в 30, 31, 32, 34 часа.
Исследования проводились на оборудовании Российской анодной фабрики. Общие данные полученные, при оценке работы открытой печи обжига Российской анодной фабрики, представлены в таблице 1.
Таблица 1. предварительная оценка экономии топлива при различных циклах огня обжига
Цикл обжига, ч Среднее потребление мазута т/ч Расход мазута, т/мес Расход мазута, т/год Расход мазута на тонну готовой продукции, т/год
28 3 2032 24385 0,128
30 3 1827 21926 0,115
31 2 1770 21239 0,112
32 2 1751 21018 0,111
34 2 1696 20356 0,107
Как мы видим по полученным данным большую экономию топлива получил темп в 34 часа, это связано с тем, что в момент обжига анодных блоков, их более медленное нагревание, ведет к более полному сгоранию летучих соединений углерода из связующего пека, используется как дополнительное топливо и снижает потребление основного топочного мазута.
Не менее важны и требования к качеству получаемой готовой продукции. Требования к качеству обожженных анодов в отечественной промышленности регла-
ментируются техническими условиями ТУ 48-5-148-84 «Блоки анодные обожженные для алюминиевых электролизеров» и ТУ 1913-001-00200992-95.
В результате проведенных исследований по оценке качества полученных обожжённых анодов на Российской анодной фабрики изготовленными на оборудовании с постоянной рецептурой Российской анодной фабрикой, были получены следующие результаты представленные в таблице 2.
Таблица 2 Содержание примесей в анодных блоках, %
Цикл\часов Зола Na Fe Si V S
28 0,23 0,007 0,046 0,018 0,02 1,46
30 0,20 0,008 0,035 0,019 0,02 1,47
31 0,20 0,008 0,041 0,018 0,02 1,49
32 0,19 0,008 0,043 0,017 0,02 1,48
34 0,14 0,006 0,039 0,011 0,03 1,56
По этим данным можно выявить явное снижение зольности и содержание кремния в готовой продукции при увеличении цикла огня с 28 до 34 часов.
Таким образом увеличение цикла огня снижает потребление топлива и содержание примесей, что в свою очередь ведет к понижению себестоимости и улучшению качества готовой продукции.
Библиографический список
1. РУСАЛ Тайшет // Анодная фабрика: официальный сайт. - 2024. - [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://taishet.rusal.ru/production/tayshet/anodnaya-fabrika/ (дата обращения 10.02.2024)
2. Янко, Э.А. Аноды алюминиевых электролизеров. - М.: Руда и металлы, 2001. - 670 с.
3. Металлургия алюминия: Учеб. пособие для студентов вузов, обучающихся по направлению «Металлургия» и специальности «Металлургия цв. металлов» / Ю.В. Борисоглебский, Г.В. Галевский, Н.М. Кулагин и др. - Новосибирск: Наука, 1999. -437 с.
4. Маркус Майер. Влияние процесса обжига анода на производительность плавильного цеха // Aluminium. - 2010. - №1-2.
5. Феликс Келлер, Петер Зульгер, Маркус Майер, Дагоберто Северо, Вандерлей Гу-сберти. Удельный расход энергии в анодных печах для выпечки // Light Metals. - 2010. -С. 1005-1010.
6. Дагоберто Северо, Питер Зульгер, Феликс Келлер, Маркус Майер. Последние разработки в конструкции печей для выпечки анодов // Light Metals 2011. - С. 853-858.
SNOW CONSUMPTION OF FUEL OIL AND REDUCTION OF IMPURITIES IN FINISHED PRODUCTS IN THE PRODUCTION OF ANNEALED ANODE BLOCKS
E.K. Gavrilov, Graduate Student Siberian Federal University (Russia, Krasnoyarsk)
Abstract. The article discusses measures to reduce the cost and improve the quality of baked anode blocks used in the production of electrolytic aluminum, analyzes various fire cycles when processing green anode blocks on an open-type kiln. The results of the research are the indicators offuel oil consumption and the content of impurities in the cores of the finished product that affect the quality of metallic aluminum at different fire cycles at the kiln.
Keywords: cost reduction, quality improvement, anode blocks, roasting cycle, kiln.
