Внедрение карбидкремниевых блоков на электролизерах РА-180С «Э» корпуса № 10 АО «РУСАЛ Красноярск»

Период изготовления: июнь 2023 года.

Целью работы является внедрение энергоэффективных технических решений по изменению конструкции катода электролизной ванны РА-180C корпуса № 10 АО «РУСАЛ Красноярск» за счет использования карбидкремниевых блоков. Объектом исследования в работе является модернизированное катодного устройство, которое предусматривает: монтаж катодного устройства в существующую ячейку электролизера без доработки строительных конструкций, использование существующего анодного   устройства, использование существующего катодного кожуха, использование существующей анодной и  катодной ошиновок, отсутствие увеличения стоимости капитального ремонта электролизеров. Основные технические решения внесенные в модернизированную конструкцию катода РА-180C, это утепление конструкции катода электролизной ванны РА-180C в цокольной части и использование SiC плит вместо угольных блоков.

Для достижения цели необходимо выполнить следующие задачи:

- пустить на электролиз опытную группу ванн с модернизированным катодом с применением карбидкремниевых блоков;

- выполнить подбор оптимальных технологических параметров за счет снижения заданного напряжения (как следствие снижение расхода электроэнергии);

- обеспечить ведение технологического процесса на опытной группе электролизеров согласно заданных целевых параметров, проведение оценки технологического состояния, контроль уровней металла и электролита и т.д.;

- сравнить ТЭП опытных электролизеров с электролизерами-свидетелями.

Есть приложения.

Работа была успешно сдана - заказчик претензий не имел. 

Готовые работы я могу оперативно проверить на оригинальность по Antiplagiat .ru и сообщить Вам результат.

Введение 4

1 Теоретические основы производства алюминия 5

1.1 Технология получения электролиза 6

1.2 Факторы, влияющие на расход электроэнергии 8

1.3 Основные направления по повышению энергоэффективности 10

1.3.1 Анализ повышения энергосбережения алюминиевых электролизеров в мировой промышленности 11

1.3.2 Возможные резервы снижения энергопотребления электролизера 17

1.3.3 Использование карбидкремниевыех блоков 26

1.3.4 Мероприятия по снижению расхода электроэнергии, реализуемые на Красноярском алюминиевом заводе 28

2 Расчет термоэлектрических полей 34

2.1 Результаты расчетов 37

2.2 Методика расчета технико-экономических показателей электролизного производства на действующих алюминиевых заводах ОК РУСАЛ 46

3 Технические решения по изменению конструкции катода электролизной ванны РА-180С за счет утепления футеровкой 55

3.1 Отработка технологических параметров 57

4 Достигнутые технико-экономические показатели в результате реализованных технических решений по изменению конструкции катода электролизной ванны РА-180С 61

5 Оценка экономической эффективности технических решений по изменению конструкции катоды электролизной ванны РА-180С 67

Заключение 69

Список используемых источников 70

Приложение А Целевые значения и коридоры допусков технологических параметров электролизов 75

Приложение Б Изменение настроек АСУТП после пуска 76

Приложение В Параметры/измерения пусковой и послепусковой период 77

Приложение Г Основные требования к характеристикам узлов и агрегатов электролиза 78

1. Куликовский, А. Г. Магнитная гидродинамика : учебное пособие для вузов / А. Г. Куликовский, Г. А. Любимов. – М. : Логос, 2011. – 328 с.

2. Москвитин, В. И. Металлургия легких металлов / В. И. Москвитин. – М. : ИнтерметИнженеринг, 2005. – 416 с.

3. Металлургия алюминия / Ю. В. Борисоглебский, Г.В. Галевский, Н. М. Кулагин [и др.]. – Новосибирск : Наука. Сибирская издательская фирма РАН, 2000. – 438 с.

4. Odegard, R. The Solubility of Aluminium in Cryolitic Melts / R. Odegard, A. Sterten, J. Thonstad // Essential Readings in Light Metals. Volume 2. Aluminum Reduction Technology. – 2013. – Рр. 39–48.

5. Hives, J. Electrical Conductivity of Molten Cryolite-based Mixtures Obtained With a Tube-Type Cell Made of Pyrolytic Boron Niride / J. Hives, J. Thonstad, A. Sterten // Essential Readings in Light Metals. Volume 2. Aluminum Reduction Technology. – 2013. – Рр. 65–72.

6. Lillebuen, B. Current efficiency and alumina concentration / B. Lillebuen, Th. Mellerud // Essential Readings in Light Metals. Volume 2. Aluminum Reduction Technology. – 2013. – Рр. 172–176.

7. Taberaux, A. T. Litium-Modified electrolyte Chemistry for Improved Performance in Modern Reduction Cells / A. T. Taberaux, T. R. Alcorn // Essential Readings in Light Metals. Volume 2. Aluminum Reduction Technology. – 2013. – Рр. 83–88.

8. Impact of Operations at Low Anode Cathode Distance on Energy Consumption and Greenhouse Gas Emissions at Aluminerie Alouette / P. Coursol [et al.] // Journal of Metals (JOM). – 2011. – Vol. 63, № 8. – Рр. 109–115.

9. Патрин, Р. К. Повышение эффективности ресурсосбережения при производстве алюминия электролизом на основе использования футеровочных материалов / Р. К. Патрин. – СПб., 2015. – 127 с.

10. Повышение энергетической эффективности производства алюминия снижением газонаполненности электролита / С. Г. Шахрай, А. П. Скуратов, А. В. Белянин [и др.] // Системы. Методы. Технологии. – 2015. – № 1 (25). – С. 103–107.

11. Опыт применения предварительно обожженных анодов с пазами в алюминиевых электролизерах большой единичной мощности / Е. Ю. Радионов, Н. В. Немчинова, И. А. Сысоев, В. А. Ершов // Повышение эффективности производства и использования энергии в условиях Сибири : материалы Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. Т. 2. (Иркутск, 25-26 апр. 2013 г.). – Иркутск, 2013. – С. 370–374.

12. Щербань, Г. И. Анодный эффект и МГД-нестабильность в алюминиевом электролизере. Контроль параметров для их прогноза / Г. И. Щербань, И. Ф. Червонный // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. – 2014. – № 4 (70). – С. 46–50.

13. Ибрагимов, А. Т. Электрометаллургия алюминия / А. Т. Ибрагимов, Р. В. Пак. – Павлодар, 2009. – 280 с.

14. Васюнина, Н. В. Анодное перенапряжение в криолитовых расплавах / Н. В. Васюнина, И. П. Васюнина, Ю. Г. Михалев // Журнал Сибирского федерального университета. Техника и технологии. – 2012. – № 7. – С. 783–792.

15. Радионов, Е. Ю. Применение предварительно обожженных анодов с пазами в алюминиевых электролизерах для улучшения их технико-экономических показателей / Е. Ю. Радионов, Ю. В. Богданов, А. В. Книжник // Алюминий Сибири – 2007 : материалы Международной научно-практической конференции (Красноярск, 11-13 сент. 2007 г.). – Красноярск, 2007. – С. 41–48.

16. Bruggeman, J. Pot Heat Balance Fundamentals / J. Bruggeman // Proc 6th Aust Al Smelting Workshop. – 1998. – Рр. 167–189.

17. The Transition Strategy at Alouette Towards Higher Productivity with a Lower Energy Consumption / P. Coursol [et al.] // Light Metals. – 2012. – Рр. 591–594.

18. Droste, С. Improved 2-Dimensional Model for Magneto Hydrodynamics Stability Analysis in Reduction Cell / С. Droste, М. Segatz, D. Vogelsang // Light Metals. – 1998. – Рр. 419–428.

19. In depth analysis of energy-saving and current efficiency improvement of aluminum reduction cells / Y. Feiya, M. Dupuis, Z. Jianfei, R. Shaoyong // Light Metals. – 2013. – Рр. 46–48.

20. Li, B. K. Modeling of Interface of Electrolyte/aluminum Metal in Aluminum Reduction Cell with Novel Cathodes Structure / B. K. Li // Light Metals. – 2012. – Рр. 865–868.

21. Yingpu, T. Pot anode cathode distance composing model and process energy consumption / T. Yingpu, W. Hang // Light Metals. – 2011. – Рр. 567–568.

22. Wang, S. P. Energy-saving technology in aluminum electrolysis at low cell voltage / S. P. Wang // Paper presented at the Meeting of New technology in Aluminum Metallurgy. – 2011. – Рр. 14–16.

23. Pat. 201020504034. A kind of cathode assembly to improve the pot stability, increase CE, reduce the energy consumption and prolong the pot life / Jianfei, Z. // Chinese Patent: 201020504034.

24. Shin, D. Instability of layer metal in aluminium electrolysis / D. Shin, A. D. Sneyd // Light Metals. – 2000. – Рp. 279–283.

25. Low Energy Cell Development on AP Technologyт / O. Martin [et al.] // Light Metals. – 2012. – Рр. 569–574. 

26. Naixiang, F. Research and Application of Energy Saving Technology for Aluminum Reduction in China / F. Naixiang // Light Metals. – 2012. – Рр. 563–568.

27. Pant, A. Measurement of liquid metal flow velocities in electrolytic cells: Test of the iron method / A. Pant , A. Langille, R. Roy // Light Metals. – 1999. – Рр. 541–550.

28. Cairong, С. Production index of 80KA and 300KA pot in Yunnan Aluminum Plant / С. Cairong // Light Metals. – 2011. – Рр. 26–28.

29. Jianfei, Z. Thermal field test report of 80KA pot in Yunnan Aluminum Plant / Z. Jianfei // Light Metals. – 2011. – Рр. 44–46.

30. Grjotheim, K. Introduction to Aluminium Electrolysis / K. Grjotheim, H. Kvande // Aluminium-Verlag. – 1993. – Рр. 144–145.

31. Sneyd, A. D. Interfacial of instabilities due to MHD mode coupling in aluminum reduction cells / A. D. Sneyd, A. Wang // J. Fluid Mech. – 1994. – V. 263. – Рp. 343–359.

32. Wang, Zh. Spent Si3N4 bonded sidelining materials in aluminium electrolysis cells / Zh. Wang, E. Skybakmoen, T. Grande // Light Metals. – 2009. – Рр. 353–358. 

33. Skybakmoen, E. Chemical resistance of sidelining materials based on SiC and carbon in cryolitic melts – a laboratory study / E. Skybakmoen, H. Gudbrandsen, L. I. Stoen // Light metals. – 1999. – Рр. 215–222.

34. Etzion, R. Wear mechanism study of silicon nitride bonded silicon carbide refractory materials / R. Etzion, J. B. Metson, N. Depree // Light Metals. –2008. – Рр. 955–959.

35. Алюминий Сибири-2004 : сборник докладов X Международной конференции, 7-10 сентября 2004 г. / "Русский алюминий", компания [и др.] ; отв. ред. П. В. Поляков. – Красноярск : Бона компани, 2004. – С. 26.

36. Sulphurous Gases in Aluminium Electrolysis / J. Thonstad, I. Utne, K. Paulsen, G. Svendsen // Proc. 6th Australasian Aluminium Smelting Workshop. –Queenstown, New Zealand, 1998. – Pр. 369–380.

37. Wang, X. Manufacturing Technology Laboratory Reynolds Metalls Company, AIME / X. Wang, R. Peterson // Light Metals (TMS). – 1996. – Pр. 285–293.

38. Перфильева, Н. С. Сравнение стойкости углеграфитовой и карбидкремниевой боковой футеровки на электролизерах содерберга : доклад, тезисы доклада / Н. С. Перфильева, П. Ю. Курьянов // Инновационно-технологическое развитие науки. – 2018. – Часть 1. – С. 54–63.

39. Beй6eль, P. Heдocтaтки и пpeимyщecтвa пpимeнeния paзныx oгнeyпopныx мaтepиaлoв для кaтoдoв / P. Beй6eль // Texникo–экoнoмичecкий вecтник "Pyccкoгo Aлюминия". – 2002. – № 1. – С. 37 – 46.

40. Simonsen A.S. : [website]. – 2023. – URL: http://www.simonsen.eu/PRODUCTS/sicatec-75.pdf (дата обращения: 14.06.2023).

41. Sørlie, M. Cathodes in Aluminium Electrolysis / M. Sørlie, H. A. Øye. – Düsseldorf : GmbH Aluminium-Verlag, 2010. – Р. 559.

42. Wang, Zh. Spent Si3N4 bonded sidelining materials in aluminium electrolysis cells / Zh. Wang, E. Skybakmoen, T. Grande // Light Metals. – 2009. – Рр. 353–358.

43. Skybakmoen, E. Chemical resistance of sidelining materials based on SiC and carbon in cryolitic melts – a laboratory study / E. Skybakmoen, H. Gudbrandsen, L. I. Stoen // Light metals. – 1999. – Рр. 215–222.

44. Etzion, R. Wear mechanism study of silicon nitride bonded silicon carbide refractory materials / R. Etzion, J. B. Metson, N. Depree // Light Metals. –2008. – Рр. 955–959.

45. Алюминий Сибири-2004 : сборник докладов X Международной конференции, 7-10 сентября 2004 г. / "Русский алюминий", компания [и др.] ; отв. ред. П. В. Поляков. – Красноярск : Бона компани, 2004. – С. 26.

46. Sulphurous Gases in Aluminium Electrolysis / J. Thonstad, I. Utne, K. Paulsen, G. Svendsen // Proc. 6th Australasian Aluminium Smelting Workshop. –Queenstown, New Zealand, 1998. – Pр. 369–380. 

47. Биркс, Н. Введение в высокотемпературное окисление металла / Н. Биркс, Дж. Майер. – М. : Метал лургия, 1987. – 184 с.

48. Wang, X. Manufacturing Technology Laboratory Reynolds Metalls Company, AIME / X. Wang, R. Peterson // Light Metals (TMS). – 1996. – Pр. 285–293.

49. Sturm, E. Economic and environmental aspects of an effective diffusion barrier / E. Sturm, J. Prepeneit, M. Sahling // Light Metals. – 2002. – Рр. 433–437.

50. Методика АД-М-1.4-1 расчета технико-экономических показателей электролизного производства на действующих алюминиевых заводах ОК РУСАЛ : утверждена Распоряжением Дирекции по технологии и техническому развитию алюминиевого производства от 1 июня 2021 года № РАМ-21-Р490 / разработан РУСАЛ ИТЦ ООО. – Красноярск, 2021.