CC BY
0
Совершенствование технологии заливки чугуном катодных
подовых секций
Аптикеев Виктор Сергеевич
Магистрант СФУ E-mail: Aptikeev@rambler.ru
Научный Руководитель: Ясинский Андрей Станиславович
кандидат технических наук, доцент Кафедра: Металлургия цветных металлов Сибирский федеральный университет, Институт цветных металлов и материаловедения,
Россия г. Красноярск
Цель работы.
Разработка технологических и технических решений, обеспечивающих снижение расхода электроэнергии на 150 кВтч/т Al и увеличение срока службы электролизера путем повышения качества контакта «подовый блок — катодный стержень» с применением заливки из синтетического чугуна.
Задачи.
Для достижения цели необходимо решение следующих задач:
1. Анализ влияния технологических параметров электролиза на стойкость катодных подовых секций, определение причин разрушения футеровочных материалов и мест их локальных структурных изменений в катодном устройстве электролизера.
2. Определение оптимальных параметров предварительного нагрева блюмсов и подовых блоков, исключающих последствия термоудара в процессе заливки чугуном катодных подовых секций.
3. Определение условий получения высококачественного чугуна с мелкозернистой однородной структурой. Изучение особенностей технологии производства синтетического чугуна при применении установки индукционного нагрева.
4. Улучшение существующего технологического процесса монтажа путем введения предварительного нагрева катодных стержней и блоков с использования синтетического чугуна в качестве заливки подовых секций;
5. Исследования динамики падения напряжения в подине и напряжения в электролизере в процессе эксплуатации;
6. Определение технико-экономической эффективности используемых технологических решений;
7. Минимизация негативных факторов, влияющих на целостность и дальнейшие эксплуатационные характеристики подового блока, а именно:
— исключение деформации подового блока и блюмса;
— исключение термоудара и снижение вероятности образования термических трещин в подовом блоке;
— снижение потерь тепла в период между окончанием операции по нагреву блока и блюмса до начала операции по заливке чугуна;
— уменьшение энергопотребления катодного устройства за счет снижения контактного сопротивления в контакте «подовый блок — катодный стержень»
Методы исследований
В работе использованы экспериментальные методы исследований. Для выплавки чугуна использована индукционная тигельная электропечь промышленной частоты 50Гц емкостью 2,5 т марки ИЧТ—2,5, температура выплавки — 1450 °С. Оценка качества выплавки проводилась путем исследования химического состава пробы с помощью эмиссионного спектрометра ARL-72000.
Для определения эффекта снижения расхода электрической энергии от способа заделки катодного стержня подовые секции электролизеров собирались двумя способами:
1. По технологии заделки контакта «подовый блок — катодный стержень» чугунной заливкой с предварительным нагревом катодных секций. Для предварительного нагрева катодных секций использована установка Hotwork. Температура нагрева катодных секций составляла 470-520 °С, время выдержки при нагреве — 100 мин. После заливки чугуном оценивалось состояние подовых блоков и блюмсов на наличие трещин и деформации.
2. Подовые блоки собраны по действующей технологии с заделкой катодного стержня подовой массой марки МХТ-К;
Оценка качества заделки контакта «подовый блок — катодный стержень» проводилась путем:
а) исследования динамики перепада напряжения в подине в течение 12 месяцев после пуска;
б) исследования динамики напряжения в электролизере в течение 12 месяцев после пуска.
Практическое применение
Настоящим проектом предлагается для всех типов электролизеров, футеруемых в ОАО «РУСАЛ Саяногорский Алюминиевый завод» осуществить переход на технологию заделки контакта «подовый блок — катодный стержень» чугунной заливкой на основе синтетического чугуна с предварительным подогревом подовых секций и блюмсов при температуре 470-520 °С, что позволит избежать образование трещин и деформации подовых блоков, снизить контактное сопротивление в контакте «подовый блок — катодный стержень», энергопотребление электролизера, расходы на сырье при заливке катодных подовых секций чугуном.
Проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы:
1. Опыт мировой практики за весь период существования алюминиевой отрасли свидетельствует о том, что сам принцип получения алюминия из шихты — электролиз с помощью катодной ванны и анодных стержней, оставался неизменным.
2. Существует ряд причин преждевременного выхода из строя алюминиевых электролизеров. Тем не менее, основная проблема остается в повышении стойкости футеровки катодных устройств. Основная причина разрушения катодной футеровки — проникновение парообразного натрия в межслойные промежутки угольных катодных блоков, в результате чего происходит образование трещин, разбухание и деформация подины, вызывающие, в свою очередь, деформацию катодного кожуха.
3. Образование микротрещин в период монтажа и пуска электролизера усугубляют проникновение натрия и существенно снижают срок эксплуатации электролизеров, поэтому крайне важно проведение мероприятий, способствующих снижению трещинообразования в период монтажно-пусковых работ.
4. С точки зрения энергосбережения эффективен метод заделки зазоров между катодным стержнем и подовым блоком посредством заливки чугуна, существенно снижающим падение электрического сопротивления в катодной секции.
5. При заливке чугуном подовые секции подвергаются значительным термическим напряжениям, следствием которых является образование трещин и деформация блоков. Отмечено, что исключение данного явления возможно путем нагрева блюмсов и подовых блоков непосредственно перед заливкой чугуна до температуры 300-1000 °С.
6. Сочетание низкой себестоимости и высокого качества синтетического чугуна, зачастую превышающего по прочностным характеристикам и пластичности литейный, создают ему преимущества при использовании в заделке контакта «подовый блок — блюмс».
7. Синтетический чугун более приспособлен для выплавки в индукционной печи, вместе с тем для исключения отбела синтетический чугун необходимо модифицировать литейным.
8. Материал (способы) заделки указанного контакта «подовый блок — блюмс» могут быть различными: токопроводящие набивные пасты, органические смолы, заливка расплавленным чугуном и другие
9. Наиболее предпочтительным способом, с точки зрения электрического баланса электролизера, является заделка контакта «подовый блок — катодный стержень» с применением заливки расплавленным чугуном.
10. Визуальный осмотр большого количества подовых блоков, проведенный в процессе работы, подтвердил, что внедрение установки Hotwork для предварительного нагрева катодных секций способствует снижению эффекта термического удара и снижению рисков трещинообразования и деформации подин к минимуму.
11. Проведено поэтапное внедрение технологии заделки контакта «подовый блок — катодный стержень» с помощью заливки расплавом чугуна.
12. По итогам работы, определено, что изменение технологии заделки контакта «катодный стержень — подовый блок» путем перехода к заливке блюмсов чугуном с предварительным нагревом катодных секций, привело к следующим изменениям:
— снижению перепада напряжения в подине в среднем на 52 мВ;
— снижению напряжения в электролизере в среднем на 41 мВ;
— уменьшению интервала разброса напряжения в электролизере.
13. По итогам исследования динамики перепада напряжения в подине и динамики напряжения в электролизере показано, что в течение наблюдаемого периода параметры не увеличиваются, что является подтверждением факта отсутствия образования микротрещин в период сборки катодных секций при заливке чугуном.
14. Снижение напряжения в электролизерах в процессе эксплуатации является косвенным подтверждением потенциала увеличения их срока службы. Тем не менее, следует продолжить исследование динамики напряжения электролизеров и динамики перепада напряжения в подине в наблюдаемых установках в течение всего срока службы электролизеров для получения наиболее полной и достоверной информации.
15. Определена экономическая и технологическая целесообразность перехода на синтетический чугун при заливке катодных стержней. Снижение удельного расхода технологической электроэнергии составило 137 кВт*ч/т А1. Экономия сырья относительно стоимости сырья для литейного чугуна составила 48,51%. В денежном эквиваленте достигнутый экономический эффект снижения себестоимости получения 1т алюминия составляет 657,6 руб. и снижения себестоимости сборки катодных секций для одного электролизера — 41 266руб. Годовой экономический эффект работы одного электролизера составил 318 907 руб. при экономии электроэнергии 66 439кВт в год.
В целях повышения конкурентоспособности на рынке, а также улучшения технико-экономических показателей деятельности завода, в рамках работы предложено техническое решение:
— Полномасштабное внедрение технологической линии сборки подовых секций с заливкой синтетическим чугуном и предварительным подогревом.
— Внедрение предлагаемого технического решения обеспечивает:
1) Снижение удельного расхода технологической электроэнергии на 137 кВт*ч/т А1;
2) Экономию сырья относительно стоимости сырья для литейного чугуна на 48,51%.
