Разработка технических решений по совершенствованию электролизеров типа РА в условиях АО «РУСАЛ Новокузнецк»

Введение……………………………………….……………………….....…….…10
1. Основные свойства и области применения алюминия..............................11
2. Получение алюминия электролизом криолита–глиноземного расплава..............................................................................................................................19
2.1. История производства алюминия................................................................19
2.2. Теоретические основы получения алюминия электролизом криолит–глиноземных расплавов....................................................................................................21
2.3. Технологическая схема производства алюминия на электролизёрах с ОА........................................................................................................................................27
2.4. Требования к сырью, материалам и выпускаемому алюминию.............. 30
2.4.1. Требования к глинозёму.........................................……….…...........30
2.4.2. Требования к фторидам………..…………………......…..................32
2.4.3. Требования к обожженные анодам……...........................................35
2.4.4. Требования к выпускаемому алюминию...……………...............…37
3. Основные типы электролизеров действующих на АО «РУСАЛ Новокузнецк».....................................................................................................................39
4. Конструкция электролизера с ОА................................................................43
4.1. Катодное устройство............…………………….........................................45
4.2. Анодное устройство......................................................................................46
4.3. Система автоматической подачи сырья......................................................49
4.4. Устройство сбора отходящих газов.............................................................54
5. Разработка способов повышения технологических показателей электролизёров с обожженными анодами.......................................................................57
5.1. Анализ путей совершенствования электролизеров с обожженными анодами...............................................................................................................................57
5.2. Способы снижения энергетических потерь в анодном устройстве..........59
5.3. Промышленные испытания щелевых анодных блоков длиной 1550 мм на электролизерах РА–167 АО «РУСАЛ Новокузнецк»....................................................63
6. Расчет конструктивных и технологических параметров электролизера РА с обожженными анодами длиной 1550 мм с продольными пропилами..........................................................................................................................67
6.1. Конструктивный расчет электролизера......................................................67
6.2. Материальный баланс электролизера.........................................................70
6.3. Электрический расчет...................................................................................73
7. Расчет экономической эффективности предлагаемых решений..............80
7.1. Расчет производственной программы.........................................................80
7.2. Расчет годовой заработной платы производственных рабочих................81
7.3. Расчет инвестиций в основные и оборотные средства..............................83
7.4. Расчет показателей эффективности инвестиций........................................85
8. Безопасность и экологичность производства алюминия...........................87
8.1. Анализ опасных производственных факторов...........................................87
8.2. Мероприятия по улучшению условий труда..............................................89
8.3. Электробезопасность....................................................................................90
8.4. Противопожарная безопасность..................................................................93
8.5. Система сухой газоочистки.........................................................................94
8.6. Мероприятия, направленные на ликвидацию аварий..............................101
Заключение…………………………………………...………………….…....….108
Список использованных источников………………………………….………..110

Весь текст будет доступен после покупки

Мировое производство алюминия в 2023 году увеличилось почти на 2,3% по сравнению с 2022 годом и достигло 70,593 млн. тонн. По объёму производства алюминия в тройку крупнейших стран-производителей в мире по данным за 2023 год вошли: Китай - 41 млн. тонн, Индия - 4,1 млн. тонн и Россия - 3,8 млн тонн по мимо объемов производства Россия является одним из лидеров в научных технологических решениях. Одним из таких решений является устойчивая тенденция использования в качестве основного агрегата в производстве алюминия - электролизера с предварительно обожженными анодами (ОА). Такие электролизёры на сегодняшний день наиболее перспективны с точки зрения технологических, экологических и экономических показателей ведения процесса.
Однако, при текущей геополитической ситуации себестоимость производства алюминия в России выросла на 30 %. Что толкает производителя на поиск путей ее снижения. Так как одна из основных статей себестоимости производства алюминия это затраты на электроэнергию, которые составляют порядка 30-40 %, то основным направлением для понижения себестоимости является снижение удельного расхода электроэнергии. Этого можно добиться путем совершенствования короткой сети, изменением конструкции электролизера, применением улучшенных материалов. Одним из мероприятий можно выделить совершенствование конструкции обожженного анода, что позволит увеличить производительность электролизёра и снизить энергетические затраты.

Весь текст будет доступен после покупки

Основные свойства и области применения алюминия
Алюминий – серебристо–белый металл с синеватым оттенком. Порядковый номер алюминия в периодической системе Д.И. Менделеева 13 и, по данным работы, его атомный вес составляет 26,9815(по углероду C^12) и 26,98974(по кислороду O^16). Основным изотопом является ?AL?^27, который устойчив и состоит из 14 нейтронов и 13 протонов. Кроме одного изотопа ?AL?^26, период полураспада которого равен ?10?^6лет, установлено существование 6 изотопов с массовыми числами 23, 24, 25, 26, 28 и 29 с малыми периодами полураспада (от 0,13 до 396 с) и пренебрежимо малой распространенностью в периоде (от 2·?10?^(-5) до 1,5·?10?^(-4)%).
Алюминий трехвалентен, и все 13 его электронов расположены на электронных оболочках следующим образом 1S^2, 2S^2, 2 p^6, 3S^2, 3p^1.
На внешнем электронном слоем M находится 3 валентных электрона: 2 на 3s - орбите с потенциалами ионизации 1800 и 2300 кДж/моль, и один на 3p - орбите с потенциалом 574,5кДж/моль. Поэтому в химических соединениях алюминий обычно трехвалентен - ?Al?^(3+) . Так как электрон на р - орбите связан с ядром атома слабее, чем два спаренных электрона на S - орбите, то, при определенных условиях, теряя р - электрон, атом алюминия становится одновалентным ионом - ?Al?^+, а ещё реже, образуется соединение низшей валентности (субсоединение).
Кристаллическая решетка алюминия - гранецентрированный куб, устойчива при температуре от 4 K до точки плавления. В алюминии нет аллотропических превращений, то есть его строение всегда постоянно. Элементарная ячейка состоит из 4 атомов с размером 4,049596·?10?^(-10) м; при 25 °c, атомный диаметр( кратчайшее расстояние между атомами в решетке) составляет 2,86·?10?^(-10) м, а его атомный объем - 9,999·?10?^(-6) м^3/(г-атом). Примеси в алюминии незначительно влияют на величину параметра решетки.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Галевский, Г.В. Производство цветных металлов: учеб. пособие / Г.В. Галевский, В.В. Руднева. - М.: ФЛИНТА: Наука, 2016. - 256 с.: ил.
2. Хетча, Дж. Е. Алюминий. Свойства и физическое металловедение / под ред. Дж. Е. Хетча. - М.: Металлургия, 1989. - 421 с.
3. Дроздов, А. Алюминий. Тринадцатый элемент. Энциклопедия / А. Дроздов - М: Библиотека РУСАЛа, 2007. - 240с.
4. Борисоглебский, Ю.В. Металлургия алюминия / Ю.В. Борисоглебский, Г.В. Галевский, Н.М. Кулагин, М.Я. Минцис, Г.А. Сиразутдинов. - Новосибирск: Наука, 1999. - 438 с.
5. Галевский, Г. В. Металлургия алюминия. Технология, электроснабжение, автоматизация: учебное пособие для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению "Металлургия" / Н. М. Кулагин, М. Я. Минцис, Г. А. Сиразутдинов. - 4-е изд. - М.: Флинта, 2017. - 529 с.
6. Галевский, Г.В. Металлургия алюминия. Справочник по технологии и оборудованию / Г.В. Галевский, М.Я. Минцис, Г.А. Сиразутдинов. - Новокузнецк: Издательский центр СибГИУ, 2009. - 251 с.
7. Галевский, Г.В. Оборудование и технология алюминиевого производства: учеб. пособие / Г.В. Галевский, М.Я. Минцис, В.В. Руднева. - М.: ФЛИНТА: Наука, 2017. - 252 с.: ил.
8. ГОСТ 30558-98 Глинозем металлургический. Технические условия. [Электронный ресурс]: Межгосударственный стандарт - М.: Стандартинформ, 2011. - URL: http://docs.cntd.ru/document/1200024290. (дата обращения: 10.09.2021).
9. ГОСТ 10561-80 Криолит искусственный технический. Технические условия (с Изменениями N 1, 2, 3, с Поправкой). [Электронный ресурс]: Межгосударственный стандарт - М.: Издательство стандартов, 1991. - URL: http://docs.cntd.ru/document/1200019040. (дата обращения: 10.09.2021).
10. ТУ 48-5-148-84. Блоки анодные обожженные для алюминиевых электролизеров. 1985. - 124 с. - URL:https://nd.gostinfo.ru/document/3212969.aspx. (дата обращения: 20.09.2021).
11. ТУ 1913-001-00200992-95. Блоки анодные обожженные типа Б и В для алюминиевых электролизеров. 1996. - URL: https://docs.cntd.ru/document/415950621. (дата обращения: 20.09.2021).

Весь текст будет доступен после покупки