Preview

Известия вузов. Цветная металлургия

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков

Формированиe гарнисажа и настыли в алюминиевом электролизере

https://doi.org/10.17073/0021-3438-2019-5-23-31

Полный текст:

Аннотация

Проведено экспериментальное исследование динамического поведения (образования/растворения) гарнисажа и настыли в зависимости от температуры перегрева электролита, теплового сопротивления материала футеровки и состава криолит-глиноземного электролита с использованием модельной установки, имитирующей реальные условия электролитического получения алюминия. В переднюю стенку корпуса установки было вмонтировано окно, позволяющее менять материал футеровки. Формирование гарнисажа и настыли происходит за счет теплового потока, создаваемого вследствие разности температур электролита и стенок электролизера. Криолитовое отношение электролита (КО) варьировали в интервале 2,1–2,5. Концентрация глинозема в электролите не превышала 4,5 мас.%. Изменение формы рабочего пространства в электролизере в течение электролиза определяли по толщине образующихся гарнисажа и настыли. Активное формирование гарнисажа в экспериментальной ячейке начинается при перегреве 3–4 град. Показано, что при снижении теплового сопротивления материала футеровки с 16 до 14 м2/Вт при одной и той же температуре перегрева образуется гарнисаж с большей толщиной, однако при сформированном гарнисаже уменьшение теплового сопротивления практически не сказывается на его толщине. Так же как и в промышленном электролизере, профиль гарнисаж–настыль, сформированный в экспериментальной ячейке, можно условно разделить на три зоны: настыль; гарнисаж на границе металл/электролит; гарнисаж. Динамическое поведение гарнисажа отличается от поведения настыли: при более высоком КО электролита толщина образующегося гарнисажа больше, а настыли – меньше. Химический анализ компонентов в образцах сухой выбойки показал, что КО и концентрации Al2O3 возрастают по высоте ячейки сверху вниз. Сделан вывод о том, что гарнисаж имеет гетерогенный состав, зависящий от состава электролита и скорости охлаждения.

Об авторах

А. М. Иванова
Научно-технический центр «Элтер»
Россия

Канд. техн. наук, директор.

660025, г. Красноярск, ул. Шелковая, 10



П. А. Архипов
Институт высокотемпературной электрохимии (ИВТЭ) УрО РАН
Россия

Канд. хим. наук, ст. науч. сотр. лаборатории электродных процессов.

620990, г. Екатеринбург, ул. Академическая, 20



А. В. Руденко
Институт высокотемпературной электрохимии (ИВТЭ) УрО РАН
Россия

Аспирант, науч. сотр. лаборатории пирохимических процессов и электрохимических технологий.

620990, г. Екатеринбург, ул. Академическая, 20



О. Ю. Ткачева
Институт высокотемпературной электрохимии (ИВТЭ) УрО РАН; Уральский федеральный университет (УрФУ) им. первого Президента России Б.Н. Ельцина
Россия

Докт. хим. наук, зав. лабораторией электродных процессов; профессор кафедры технологии электрохимических производств.

620990, г. Екатеринбург, ул. Академическая, 20

620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, 19



Ю. П. Зайков
Институт высокотемпературной электрохимии (ИВТЭ) УрО РАН; Уральский федеральный университет (УрФУ) им. первого Президента России Б.Н. Ельцина
Россия

Докт. хим. наук, науч. руководитель; зав. кафедрой электрохимических производств.

620990, г. Екатеринбург, ул. Академическая, 20

620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, 19



Список литературы

1. Сизяков В.М., Фещенко Р.Ю., Бажин В.Ю., Патрин Р.К., Сизяков В.М. Особенности разрушения подины высокоамперного электролизера. Новые огнеупоры. 2013. No. 5. С. 5—8. Sizyakov V.M., Feshchenko R.Yu., Bazhin V.Yu., Patrin R.K., Sizyakov V.M. Features of the high-current electrolyzer bottom destruction. Novye ogneupory. 2013. No. 5. P. 5—8 (In Russ.).

2. Yin E., Liu Y., Xi C., Zhang J. Developing the GP-320 cell technology in China. Light Metals. 2001. P. 213—218.

3. Zeng S. Analysis of the start-up of Q-350 prebaked aluminium reduction cell. Light Metals. 2006. P. 271—275.

4. Kvande H. Preheating, start-up and early operation of Hall-Heroult cells. In: 10th Intern. course on process metallurgy of aluminium (Trondheirn, Norway, 1991). P. 15—48.

5. Sorlie M., Oye H. Cathodes in aluminium electrolysis. 3-rd ed. Düsseldorf: Aluminium-Verlag Marketing & Kommunikation, 2010.

6. Vallea A., Lenis V. Prediction of ledge profile in Hall- Heroult cells. Light Metals. 1995. P. 309—313.

7. Thonstad J., Rolseth S. Equilibrium between bath and side ledge in aluminium cells. Basic principle. Light Metals. 1983. P. 415—425.

8. Thonstad J., Solheim A. Heat transfer coefficients between bath and side ledge. Light metals. 1983. P. 425—435.

9. Solheim A. Towards the proper understanding of sideledge facing the metal in aluminum cells? Light Metals. 2006. P. 439—443.

10. Solheim A. Some aspects of heat transfer between bath and sideledge in aluminum reduction cells. Light Metals. 2011. P. 381—386.

11. Solheim A., Rolseth S., Skybakmoen E., Støen L., Sterten A., Store T. Liquidus temperatures for primary crystallization of cryolite in molten salt systems of interest for the aluminium electrolysis. Met. Trans. B. 1996. Vol. 27B. P. 739—744.

12. Solheim A. Crystallization of cryolite and alumina at the metal-bath interface in aluminium reduction cells. Light Metals. 2002. P. 225—230.

13. Peacey J.G., Medlin G.W. Cell sidewall studies at Noranda Aluminium. Light Metals. 1979. P. 475—480.

14. Haupin W.E. Calculating thickness of containing walls frozen from melt. JOM. 1971. Vol. 23. No. 7. P. 41—44.

15. Данилюк И.И. О задаче Стефана. Успехи матем. наук. 1985. Т. 40. Вып. 5. С. 133—185. Danilyuk I.I. About the Stefan task. Uspekhi matematicheskikh nauk. 1985. Vol. 40. Iss. 5. P. 133—185 (In Russ.).

16. Самарский А.А., Вабищевиц П.Н. Вычислительная теплопередача. М.: Едиториал УРСС, 2003. Samarskii A.A., Vabishchevits P.N. Computational heat transfer. Moscow: Editorial URSS, 2003 (In Russ.).

17. Слепцов С.Д., Рубцов Н.А. Решение классической однофазной задачи Стефана в модифицированной постановке для полупрозрачных сред. Прикл. механика и техн. физика. 2013. Т. 54. No. 3. С. 106—113. Sleptsov S.D., Rubtsov N.A. Solving the classical singlephase Stefan problem in a modified formulation for semi-transparent media. Prikladnaya mekhanika i tekhnicheskaya fizika. 2013. Vol. 54. No. 3. P. 106—113 (In Russ.).

18. Marios M., Bertrand C., Desilets M., Coulombe M., Lacroix M. Comparison of two different numerical methods for predicting the formation of the side ledge in an aluminum electrolysis cell. Light Metals. 2009. P. 563—568.

19. Severo D., Gusberti V. A modeling approach to estimate bath and metal heat transfer coefficient. Light Metals. 2009. P. 557—562.

20. Poncsak S., Kiss L., Belley A., Guerard S., Bilodeau J.-F. Study of the structure and thermophysical properties of the side ledge in Hall-Heroult cells operating with modified bath composition. Light Metals. 2015. P. 655—660.

21. Ситников А.В., Ершов В.А., Сысоев И.А. Способы измерения рабочего пространства при производстве алюминия. В сб.: Научные тенденции: вопросы точных и технических наук: Cб. науч. тр. по материалам VII междунар. науч. конф. Самара, 2017. С. 43—47. Sitnikov A.V., Ershov V.A., Sysoev I.A. Ways of measure of the working space in the production of aluminum. In: Scientific trends: questions of exact and technical sciences: Nauchnye trudy VII mezhdunarodnoi nauchnoi konferentsii. Samara, 2017. P. 43—47 (In Russ.).

22. Ситников А.В., Ершов В.А., Сысоев И.А. Лабораторные испытания макета для измерения формы рабочего пространства. В сб.: International innovation research: Сб. ст. XII Междунар. науч.-практич. конф. Пенза: МЦНС «Наука и просвещение», 2018. С. 101—104. Sitnikov A.V., Ershov V.A., Sysoev I.A. Laboratory test of the layout for measure the shape of the working space. In: International innovative research: Sbornik statei XII mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii. Penza: MTsNS «Nauka i prosveshchenie», 2018. P. 101—104 (In Russ.).

23. Jianfei Z., Dupuis M., Feiya Y., Xiaobing Y., Jun H. Depth analysis and potentiality exploitation on energy-saving and consumption-reduction of aluminum reduction pot. Light metals. 2012. P. 601—606.

24. Solheim A., Thonstad J. Model experiments of heat transfer coefficients between bath and side ledge in aluminium cells. Metals. 1984. Vol. 36. P. 51—55.


Для цитирования:


Иванова А.М., Архипов П.А., Руденко А.В., Ткачева О.Ю., Зайков Ю.П. Формированиe гарнисажа и настыли в алюминиевом электролизере. Известия вузов. Цветная металлургия. 2019;(5):23-31. https://doi.org/10.17073/0021-3438-2019-5-23-31

For citation:


Ivanova A.M., Arkhipov P.A., Rudenko A.V., Tkacheva O.Y., Zaikov Y.P. Formation of ledge in aluminum electrolyzer. Izvestiya Vuzov. Tsvetnaya Metallurgiya (Universities' Proceedings Non-Ferrous Metallurgy). 2019;(5):23-31. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/0021-3438-2019-5-23-31

Просмотров: 121


ISSN 0021-3438 (Print)
ISSN 2412-8783 (Online)