ISSN 1991-3087

Свидетельство о регистрации СМИ: ПИ № ФС77-24978 от 05.07.2006 г.

ISSN 1991-3087

Подписной индекс №42457

Периодичность - 1 раз в месяц.

Вид обложки

Адрес редакции: 305008, г.Курск, Бурцевский проезд, д.7.

Тел.: 8-910-740-44-28

E-mail: jurnal@jurnal.org

Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100
Яндекс.Метрика

Проблемы и решения мониторинга температурного поля в процессе пламенного обжига алюминиевого электролизера

 

Непомнящий Олег Владимирович,

кандидат технических наук, доцент,

Хабаров Виталий Александрович,

аспирант.

Институт космических и информационных технологий Сибирского Федерального Университета.

 

Электролизер для получения алюминия — сложный высокотемпературный агрегат. Футеровка катодного узла — основной элемент конструкции электролизера, от которого зависит срок его службы. Она состоит из углеграфитовых подовых блоков, образующих подину, соединенных между собой набивными швами, с жестко вмонтированными стальными токоведущими стержнями — блюмсами (рис. 1).

 

Рис. 1. Схема электролизера (четверть).

Дизельная электростанция 60 квт

Дизельных электростанций. Дизельные электростанции

tss.ru

Фотошкола

фотошкола

photomania.com.ua

 

Предпусковой обжиг подины является обязательной технологической операцией. Наиболее распространен способ, при котором используются внешние источники тепла [1, 2]. Производится сжигание дизельного топлива или природного газа в рабочем пространстве электролизера.

Данный способ позволяет эффективно влиять на распределение температуры по массиву подины при обжиге и, как следствие, на напряженно-деформированное состояние блоков. Выравнивание температурного поля осуществляется за счет рационального распределения теплового потока по поверхности подины и управления интенсивностью подачи топлива в течение периода обжига.

Технология обжига включает нагрев углеродистой футеровки до температуры, близкой к эксплуатационной. Но, как правило, реальная температура нагрева подины при обжиге далека от требуемой, а ее распределение по подине достаточно неравномерно.

Разрушение углеграфитовой футеровки начинается вследствии температурного расширения стальных блюмсов уже на стадии обжига при нагреве подины тепловым источником, что приводит к снижению сортности получаемого алюминия и сокращению срока службы электролизера [3]. Рост температуры подины в процессе ее обжига приводит к накоплению повреждений в углеродистой футеровки, вызывает начальную деформацию подины, что способствует ее дальнейшему разрушению при пуске и эксплуатации.

Выбор оптимальных режимов позволяет добиться практически равномерного прогрева подины с перепадом температуры в наиболее горячей центральной области и наиболее «холодной» периферийной части порядка 50 ˚C [4, 5].

На основании вышеизложенного, становиться очевидно, что задача контроля температурного поля электролизера в течение периода обжига является важной научной проблемой.

Работы в этом направлении ведутся уже свыше десяти лет и важные результаты в данной области получены В.С. Злобиным, Б.М. Багаевым, Г.В. Архиповым и др. [5]

Данными авторами рассматривались следующие вопросы: выявление наличия взаимосвязи между режимами обжига и сроком службы электролизера; анализ факторов, влияющих на разрушение подины электролизера при обжиге последней; построение математических моделей процесса обжига; выработка рекомендаций по режимам обжига электролизера на основе эмпирических данных.

 На сегодняшний день, реализованное в данной области оборудование и программное обеспечение обладает общим недостатком, сущность которого заключается в том, что возможно  производить расчет и моделирование температурного поля алюминиевого электролизера лишь на основе данных полученных ранее, например, при предпусковом обжиге электролизера [6]. По результатам исследования существующих материалов автору неизвестно программное обеспечение, позволяющее в реальном времени производить расчет и моделирование температурного поля.

Например, разработанная программа для решения задачи по восстановлению температурного поля при обжиге подины электролизера [7]. В качестве исходных данных программа использует файл, представляющий собой структурированный набор исходных данных измерений, полученных в процессе эксплуатации электролизера на Красноярском Алюминиевом Заводе (КрАЗ).

На основании выше сказанного, становиться очевидно, что, на данный момент времени, важной частью решения задачи по расчету и моделированию температурного поля алюминиевого электролизера становиться именно реализация такого решения, как программного, так и аппаратного, которое позволило бы производить расчет и моделирование температурного поля в реальном времени, непосредственно во время самого процесса обжига подины электролизера.

Для этого необходимо усовершенствовать микропроцессорную систему, разработанную для измерения теплового поля ванны электролизера КрАЗа. А именно, разработать протокол обмена данными в реальном времени между микропроцессорной системой и терминалом оператора, разработать программный интерфейс для терминала оператора, на котором в реальном времени  отображалась температурная модель алюминиевого электролизера.

Принцип действия такого комплекса условно можно описать так: в процессе обжига система сбора данных получает показания с термопар, производит их оцифровку и фильтрацию, после чего передает на терминал оператора, на котором, в свою очередь, происходит расчет и построение графической модели температурного поля (рис. 2). Так как процесс сбора данных и моделирования выполняется в реальном времени, то непосредственно на стадии обжига можно видеть слабо прогретые участки, и принять меры по выравниванию температурного поля. Моделирование в реальном времени позволит создать такую систему контроля процессом обжига, где положением пламенных форсунок управляет не человек, а автоматическая система, основываясь на полученных данных.

 

Рис. 2. Условная схема процесса моделирования температурного поля электролизера.

 

Исследование и моделирование тепловых процессов, происходящих в промышленных печах, основанное на их математическом описании, давно используется в металлургической теплотехнике.

Применение высококачественных и высокоточных математических моделей приносит значительный экономический эффект. Они позволяют проводить исследования процессов, происходящих в металлургическом производстве, при неизмеримо меньших затратах, чем натурные исследования на физических моделях.

С помощью математических моделей можно еще на стадии проектирования найти оптимальное конструктивное оформление и выбрать оптимальные режимные параметры работы.

 

Литература.

 

1.                  Багаев Б. М., Злобин В. С., Михалицын Н. С. Обжиг подин алюминиевого электролизера после капитального ремонта // Техн.-экон. вест. КрАЗа. 1998. Т. 11. С. 21.

2.                  Гуляев А.В. Восстановление и точность представления температурного поля при обжиге подины электролизера // Вестник Красноярского государственного университета (КрасГУ). – 2006. С.143-149

3.                  Карвацкий А.Я., Шилович Т.Б. Численное моделирование температурных полей и основных показателей пламенного обжига алюминиевых электролизеров // Киевский политехнический институт.

4.                  Коваленко М. Г. Обжиг электролизеров (опыт Братского алюминиевого завода) // Цветные металлы. 2001. Т. 7. С. 33–34.

5.                  Панов Е. Н., Тепляков Ф. К., Никифоров С. А., Кукшин А. П. Исследование температурных режимов обжига катодных устройств алюминиевых электролизеров // Цветные металлы. 1987. Т. 8. С. 40–43.

6.                  Харченко В. Г. Оптимизация режима обжига алюминиевого электролизера // Цветные металлы. 1985. Т. 1. С. 37–39.

7.                  Харченко В. Г., Дмитриев С. А. Пути повышения стойкости подины алюминиевого электролизера // Цветные металлы. 1985. Т. 12. С. 44–47.

 

Поступила в редакцию 17.11.2008 г.

2006-2018 © Журнал научных публикаций аспирантов и докторантов.
Все материалы, размещенные на данном сайте, охраняются авторским правом. При использовании материалов сайта активная ссылка на первоисточник обязательна.