автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.16, диссертация на тему:Оптимизация режимов нагрева алюминиевого электролизера

ЗЛОБИН Виктор Семенович

РГ6 од

2 2 №0Н ,333

На правах руконпгп

Оптимизация режимов нагрева алюминиевого электролизера

Специальность 05.13.16 - Применение вычислительной техники, математического моделирования и математичрскпх методов п научных исследованиях (в механике)

Автореферат

Диссертации на соискапие ученой степени кандидата технических наук

Красноярск - 1998

Работа выполнена в Красноярском Государственном Техническом Университете

Научный руководитель: -

профессор Басаев Б.М. доктор фи-шко-матемнтнческих наук

Официальные оппоненты: -

доктор технических наук, профессор Громыко Л.И. доктор фишки-мате.магических наук, профессор Садовский D.M.

Ведущая организация: Сибирская Ачрокосмнческая Академия

Защита состоится "20 июня " 1D9S г. в 14 часов на заседаипи диссертационного совета К 0С4.54.01 по защите диссертаций па. соискание ученой степени кандидата наук в Красноярском государственном техническом ушшерснтете( GGÜ074, Красноярск-74, ул. Киренского, 20).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Красноярского государственного технического университета.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения просим выслать по адресу: CGU074, г. Красноярск-74, ул. Киренского 2(3, Ученому секретарю диссертационного совета.

Автореферат разослан "21 " Мая 1998 Г.

Ученый секретарь диссертационного совета

к.т.н., доцент г—. Н.Г.Куэьмеико

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность

определяется той важной ролью, которую играет нагрев углеродисто» подины в технологии подготовки алюмнпиевоп. электролизера к пуску, формирование температурного поля катода алюмшшевого элекгролте-ра тесно связано с эксплуатационной стойкостью углеродистой подины. Более высокая конечная Температура обжига способствует снижению натриевой деформации углеродистых футеропочиых материалов п начал!, ном пусковом периоде п увеличивает эксплуатационную стойкость полипы. Другпм важным аспектом влияния температуры является форм и ропанис фцзико - механических характеристик набпвпых шпон. Являясь соединительным звеном углеродистой футеровки, набивные швы. так же как ц подовые блоки, подвержены жесткому влиянию силовых и физико-химических факторов, возникающих в процессе электролиза и воздеп-ствующнх на подину. Однако, обладая более шпкш.ш, по сравнению < подовыми Клоками, прочностными характеристиками набивные шпы снижают эксплуатационную стойкость подины н способствуют отключению электролизера на капитальный ремонт задолго до полного износа углеродистой футеровки. Технология обжига включает нагрей углеродистой футеровки до температуры близкой к 'эксплуатационной. Но, как правило, реальная температура нагрева нодшш при обжиге далека от гребу мои. а ее распределение По подине крайне неравномерно. В настоящее' нремя существуют дна подхода к организации обжига мощных электролизеров после капитального ремонта. Первый подход снячан с использованием тока серии для нагрева электролизера перед пуском. В этом случае практически неустранимым фактором, приводящем к неравномерности температурного поля, является неравномерное распределение тока но блюмсам. Второй подход связна с использованием внешнего источника тепла для нагрева подины перед пуском. Для осуществления обжига по данному способу используют сжигание дизельного топлива либо природного газа в рабочем пространстве электролизера. Дальнейшее сопертеш тво-оанпе технологии обжига мошных алюмннпезых электролизеров связано с применением внешнего истопника тепла, т.к. данный способ позволяет эффективно влиять на температуру подины при обжиге и пелен.эпрпплеп-ио формировать ее температурное поле. При этом нктуальчое н;<ушое и практическое значение приобретают проблемы математического модели рчпания н оптимизации параметров обжига алюминиевого "тег,тролнз>!р;»

Целью работы является повышение экенлуат анионной < тонкое »и но

липы in cut'г равномерного высокотемпературного обжига.

Цель обеспечивается постановкой и решением следующих теоретических н практических задач:

1. Разработкой технологии нагрева подины X получением равномерною ] |.и пределеппя температурного поля катодной углеродистой футерОБКП при обжиге алюминиевого электролизера в заключительной стадии обжиги.

2. Разработкой математической модели расчета оптимальных параме-îpou теплообмена, в ироцессс нагрева подины, обеспечивающих заданные характеристики температурного поля углеродистой футеровка прп обжиге алюминиевого электролизера.

3. Исследованием графика подъема температуры греющих газов по критерию .минимальной разницы температуры в углеродистой футеровке п не|)иод прямого нагрева.

■1. Экспериментальным исследованием зависимости коэффициента связи подовой массы набивных швов с подовьшп блоками от основных технических параметров монтажа и обжига.

0. Экспериментальный! исследованием температурного поля подины промышленных электролизеров ггри обжиге после каппишьйого ремопта.

Научная новизна.

1. Показана роль коэффициента связи в снижении напряжений набивных шпоп и предотвращении образования в них трешии.

2. Виерные установлено влияние плотности набивки межблочных швов, конечной температуры обжига, и так же режимов обжига на ъеличниу коэффициента связи набивных швов и подовых блоков.

•i. Создан и ьпедрен способ нагрева и целенаправленного формирования и'мпературного поля углеродистой футеровки при обжиге поддам.

(. Разработана методика расчета оптимальных характеристик яагре-ни поднлы атюмш/аепого электролизера при заданных ограшгченпях п прогнозирования температурного поля углеродистой поДШШ в период обжига.

5. I[р.шедепи эксперимеитальное исследование На Промышленных эжч; I рогшзерах закономерности формирования температурного поля подшш при различных способах обжига.

"Научная и практическая ценность определяется применением полученных экспериментальных и теоретических "результатов на ОАО КрЛ'-f щш обжиге электролизеров после капитального ремонта, что Пчню.чяе г выбрать оптимальные температурные Параметры ft ИрпЦеп е

Harpen.I полипы До конечной температуры обжига и повысить се "Жсиду-ДТаИИОННУЮ стойкость.

1. I !о.1УЧеШ1Ые Р<4>'."1 [,таты !'< Пользовались П]>Н создании ТеХНОЛОГНЧС-скоп инструкции но обжигу здектролтеров после капитального ремонта.

2. Проведенные исследования позволяют контролировать важные технологические процессы при сборке (ЮДИНЫ. П частности ПЛОТНОСТЬ НабиН-КП подовой массы D межблочном соединении, а также дают теоретическое обоснование при разработке новых технологий п применении методов, по-вщцаюпшх прочность ннбпвных швов.

•5. Исследованы закономерности формирования температурного тюля углеродистой подины алюминиевого электролизера нрп обжиге тогючпы МП газами п оптимизирован режим нагрева но критерию минимума градиента по высоте углеродистой подины п течение всего периода обжига. Использование результатов данных тчледовашш позволяет -эффективно организовать и контролировать процесс обжига.

4. Рассмотрены лада,чн по выравниванию температурного поля подтип,l в заключительной сгндип обжита, что позволяет получить температуру внутренних слоев футеровки близком к температуре поперхностн. a параметры ГНОКсНПТЯ ШПОН достаточно рнВНОМерно распределенными по плоша-дп контакта набшшмх швов н подовых блоков. В процессе решения задачи Нагрева. подины учитывали возможные производственные ситуации и. в часкостн, хомпожгаку подины блоками различных заводов поставщиков. Полученные результаты используются нрп подборе футеровочпых мате риалов н процессе монтажа подины углеродистыми подовыми блоками.

Ö. Показано, что температура подины играет активную роль п -период пуска н должна удовлетворять определенным оптимальным характеристикам. которые выражаются п равномерности распределения темиерату ры НО объему углеродистой футеровки И ВЫСОКОЙ конечной температуре поперхностн подшш. Проведенные исследования выявили ранее нппвесг-!юе И при разработке 1! реализации ПУСКЛ ;гЛЮМШШС!)ОП> -электролизера никак не учитывающееся тепловое состояние анода.

G. Разработаны математические модели оптимизации обжига и пуска алюминиевого -электролизера. позволявшие проводить Ш следование Ч Моделирование СЛОЖНЫХ пропсссон теплообмена при обжиге H Н.\ ( Ке а.ЛЮ-мшшевого -»лектродтера после капитального ремонта и проводт ь об мн il пуск при оптимальных тепловых параметрах. Полученные peiy.ibTan.t псполыуюпя на ОАО "КрАТ нрп обжиге н пу< ко алюминиевых vhk ТроЛНК роц по! ле капитального ремонта.

Апробация результатов . Результаты раГми докладывали' i на < е

лшнарах кафедры Прикладной математики CAA;

на семинарах кафедры Теоретические основы теплообмена КГТУ;

на Всесоызпой конференции "Перспективные материалы, технологии, конструкции" CAA, 1997 г.;

на Международной конференции "Математические модели н методы их исследования" 25-30 августа КГУ, 1997 г.;

на семинаре "Математическое моделирование в механике" Институт вычислительного моделирования 1997 г.;

на Металлургической секции технического совета ОАО "КрАЗ",

Личный вклад «'штора заключается в разработке а проведении экспериментальных работ, анализе и оптимизации технологических операций при опеканшг шиш и подовых Споков. Разработана технология вырашщ-ьания температурного ноля с учетом минимизации градиента и высокой конечной температуры обжига. Полученные результаты внедрены в технологию под1-отов1Ш подины к пуску.

Тезисы, выносимые па защиту

На защиту выносятся следующие положения:

1. Доказало, что наличие прочного спекания приводит к сшшепшо остаточных напряжений в набивных швах, вызванных усадкой подовой массы.

i

2. Проведено экспериментальное исследование влияния основных технологических операций па прочность спекания набивных; швов л подовых блоков в процессе монтажа п обжпга подины. '

3. Разработаны алгоритмы и проведено численное моделирование температурных режимов обжига подины посла капитального ремонта по критерию равномерности и минимума градиента температурного поля подины алюминиевого электролизера.

4. Разработаны режимы выравнивания температурного поля с учетом оптимальных параметров и рекомендованы графики нагрева с учетом заданных эксплуатационных характеристик.

5. Полученные экспернментатьпые ц теоретические материалы используются на ОАО "КрАЗ" в технологических режимах обжига и пуска члектролнюров после капитального ремонта.

Публикации результатов. Г<"н льтаты работ отлшйдааны в ЗГ> |>а богах К приводятся и списке ЛИТ( рнтурьг.

С од ержанке диссертации

Но введении обоснована актуальность проГшемы, решаемой в работе, дама краткая характеристика научного направления и приведены основные положения, выпосишле на шщпту.

В первой главе рассмотрели вопросы напряжения межблочных шпон при обжиге подины алюминиевого электролизера.

Алюминиевый электролизер является сложным высокотемпературным металлургическим агрегатом.' Основным элементом конструкции, от которого зависит срок его службы является углеродистая футс!)овка катодного учла. В дайной главе приводятся сведения об условиях эксплуатации катодгшй футероылг при электролизе алюминия « анализируются факторы, приводящие, к сни;ксшпо внутренних напряжений набивных швов п повышсиию эксплуатационной стойкости подины. В керном параграфе на основе анализа литературных данных покачано, что наиболее слабым звеном углеродистой футеровки, от которого о значительной степени зависит эксплуатационная стойкость подины в целом, являются нлбпппые швы н повышение эксплуатационной стойкости подины требует решения 1>яда вопросов, связанных с технологией монтажа и обжпга поднпы, а так же повышения параметров,' характеризующих набишп.те швы, тпкнх кик плотность набавки швов, спекание пх с подовыми блоками, снижения вероятности образования тренцш. Конструкция подины изображена на рП'унке 1.

1'пг I. Кигтруккия >гт*(«1Лнс гт!Л №»япчм я) Гй1||^| С) Пляк

1 угл'ч-олчг и*а олл*. 2 - нлг,„.,н1.г тпм

:1 . ПАЛМ'Ы-1 • ичнптиимн«» 5- СгуспплП угле|к1лнм|-»л Г>лп*

в

Нхкроц пнут'jj.ii}' посвшцт анализу влияния технологических факторов на снижение эксплуатационной стойкости подины и ее разрушение. В процессе электролиза алюмшшя сопутствующим фактором является выделение натрия, который поглощается углеродистой футеровкой и вызывает ее деформацию а разрушение. Влиянию данного фактора подвержены все действующие электролизеры, однако длительность их* межремонтного периода может значительно отличаться друг от друга. Практикой эксплуатации установлено снижение эксплуатационной стойкости полипы при низком качестве обжига.

Третий параграф посвящен обжигу алюминиевых электролизеров после капитального ремонта. Показано, что все существующие способы, основанные на использовании тока серии для нагрева подины перед пуском в эксплуатацию, в результате формируют неравномерное температурное поле с локальными зонами как повышенной, таге п ншшжешюй тсмиерату1>ы, что, в каждом случае но своему, отрицательно влияет на стойкость углеродистой футеровки. Четвертый параграф посвящен об-•зору ciiocoCon повышения эксплуатационной стойкости подины и, в частности, влиянию температуры обжига. Показано, что повышение конечной TeMiiejjaryjjM обжига приводит к увеличению межремонтного rrejnio-да электролтера. В пятом параграфе проводится исследование влияния степени спекания набивных швов с подовыми блоками, выражаемое коэффициентом связи KCfn на напряжения п швах при обжиге. Полученные результаты показывают положительную роль коэффициента связи и снижение действующих в швах напряжений, обусловленных усадкой подовой массы при обжиг«;.

Па основе анализа тео]>егическпх и экспериментальных данных сформулирована цель работы и определены задачи исследований.

Но и юрой главе проведено экспериментальное исследование влияние мошажа и режимов обжига на качество межблочных швов подины.

В верном параграфе рассмотрены вопросы влияния плотности набивки па спекание набивного нша и подового блока.

'Ггхимшия подготовки подины включает монталс углеродистой футе-ронкн. основной операцией kotojioh является набивка межблочных швов, U i вязи с этим проведено исследование влияния плотности набивки на прочность спекания шва с подовым блоком. Эта величина может соста-М ЧЯ i Ь о 1 1.1,'/с 1С* ЛО 1.7.'/( М'К

П« ц ченне ii(Ki4(io(ci шна i! надежного < цепления его с блоком является очной III основных Vina'l nplt монтаже п обжиге алюминиевых эдектроли-

¡( рои

Адгепшвшиг прочность полученного соединения подовой мшпд с углеродистым Споком оцештоалось коэффициентом тоям< Кгв, нродстпвляю-шем собой отношение силы, при которн происходит разрушение адп>зп-оппог" соединения к контактной плошадп п.збитшого шла

А'с, = Р/Р. (1)

А пал пз полученных. результатов показывает, что стовытоеияе прочности с:-:<Я'>ч шва п пп.т.оного блока связано с ионмшеппем плотпосгп паПтгсл подокон массы в межблочном зазоре л формированием гряшгаы раздела гава и подового блоко. Данный эффект проявляется прп плотности паГнтки в интервале 1.6 — 1.7г/гм3.

Это предполагает тщательное соблюдите регламента техпологпче-екпх операций в ц«зм капитального ремонта при тобивт:» швов и прежде всего контроль плотности пчдоиоГг массы в межблочной ча?оре.

Во втором параграфе исследовала прочность епгктптч набивных гавов с подопимп блоками в зависимости от температуры.

Ззрпсгагссть спскалля шшншп-.тх ттпхт от температуры исследовала при различит значениях плотности нлбнькн подовой, массы п интервале температур от /.0П<7 до 90()°С. Гсзул! >тчты пселедовяття показывают, что, ипибЫыотдя прочность спекания Л'с„ соответствуй температуре 900"С ¡1 состагяяст 2,8 — 3.0Д/17о при усцавт максимальной плотности пабшзки половой массы.

С? тсотсо» зптенне конечной температуры обжига. л« является единственным фгнпурсог ил;г обеспечен;!:! прочного сиекалия.

Выявлено, что г-ффоетпвлое влияние температуры проявляется п процессе обжига только при условии качественного иройеделпя технологической операции нлОппки межблочных тггвов.

Пущ вязкой плотности паПлвкн половом массы в межблочном зазоре даже пысокаяг конечная температура обжига не позволяет достнч удовлс-

I нориТСЛЬЦиИ прочности спекания межблочного соединения.

K^.MiU

» Кс.МПя

»- '—«—i

0 1

"о О

1

in . гк>

II.*-

-г-

Гнг. 2. Пли*ли<* "11м1н-|1Л'|'у|иа обжигл и плотности iiaOjfiKff на прочкогп. счачк с.истгмы подоиых Сшоко-шоп t — »¡ючногтьнабнаку, р ~ 1 — 1 .~.'/гм.'\ 2 — я = 1.53- l.57^/«is, П-,, = 1 .US — ¡AZ'/cm\

Гиг. 3. I'.-lfnpf^JH'HHC ll|1(l'IIIOriU СПИЧИ по ныготй Ш1ГЛ. OC-Aifl" ину t j ь-ш < m источником тсц;пц чаг !- 70, '¿-М, У -10, обжиг вигшаям

истпчинком ivnnn, чпг

Д-Г,.а- 10

В третьем параграфе рассмотрены вопросы влияние -способа обжига на прочность спекания набивных шнов с-подовыми блоками.

На формирование границы раздела шпов и блоков оказывает влияние способ и режим обжига. Так обжиг внешним источником тепла обеспечив ает высокое значение Кс„ и достаточно равномерное его расредедюиие по высоте шва. Обжиг внутренним источником тепла с применением тока серии является чувствительным к скорости роста температуры и требует длительного времени пагрева, что является неприемлемым. Поэтому технология нагрева подппы связала с внешним источником тепла п. в частности, с топочными газами, которые образуются при сжигании ли »елыюго топлива. При этом в процессе пагрева подтгы, необходимо обеспечить наиболее высокий коэффициент Связи Kf„ U минимум деформации подины п результате воздействия на иге натрия. Эти требования

обеспечивает высокая температура обжига и ее равномерное распределение по объему углеродистой подпны.

Третья глава посвящена численному моделированию температурных полей алюминиевого электролизера .

При этом рассматриваются различные постановки задач, в которых основным является получение информации о температурных полях, возникающих й различных элементах подпны алюминиевого электролизера.

В первом параграфе дается общая постановка задачи. Приводятся сведении по сроку 'службы электролизеров, обожженных различными способами. Формулируется критерий обжига подины электролизера после капитального ремонта.

Во втором параграфе рассматриваются вопросы оптимизации тепловых режимов углеродистой подины при обжиге алюминиевых элетролн-зеров. Одним из наиболее эффективных способов обжига подины мощных алюминиевых электролизеров является обжиг топочными газами, для по лучения которых а практике обжига используют сжигание дизельного топлива или природного газа. Проблема равномерного высокотемпературного обжига подшш мощных алюминиевых электролиз-ров является достаточно сложной технической задачей.

Многолетней отечественной н зарубежной практикой установлено, чти в процессе обжига углеродистая подпна должна быть прогрета до температуры близкой к эксплуатационной, причем распределение температуры но объему футеровки должно быть по возможности равномерным, что на практике как правило не достигается.

Обжиг тоночптш газами, в отлцчин от других видов обжига, тюзпо яяст эффективно управлять температурным режимом и пеллиипрапчепни Формировать температурное поле углеродистой футеровки.

Поверхность подины омывают топочные гаэы г темнерп т урон 7', -/(г)— некоторой функции от времени г.

Топочные газы (Г,,а.)

и 'J

0.4 1.0 2.г

Рис 4. Постановка задачи. Блоки 1 -углеродистый Слои 2 -стальной блюмс, Зяби"- теплоизоляция, 4 и 8 - иабившле щии , 5 ■• бортевой блок , * - контрольны« тмсрптояьшлс точки.

Поставим граничные условия при у — 0 : ОТ

- А—|у=ц ~ аг(Т - Тг){х, у ~ и, т),

(2)

л иоторых необходимо подобрать параметры Т3, пг— темнератури топочных газов н коэффициент теплообмен;;. Эгя параметры определяются релншгшц еллшишя топлива. и могут принимать заданные значения о конкретном состоянии. При этом известно, что оигг должны находиться в заданном интервале:

а"1"' < а, < 2""""' < Т, < Г"1,1*. (3)

В зависимости от этих зиачеднй определяется температурное поле

Т(х,у,а„Т.) = {/(г1, ¿г).

как функция двух переменных г;,

В качестве критерии оптимизации построим фунюшеьия:

Ф(-Ч} г3) - ино(5Г \~i\j\. «а) - Т,|2 + |Т, - 7;.|"V1\ (4( 112 *

1-Х

В «тоге задача оптимизации состоит » поиске мшшмума функционала (•4) при ограничениях (3) и условиях (5),(6),(7).

от о^от^ о

- (A^JJr- = 71,г - Tlr,; (С,

~(Ь%)\г,^°(Т-Тс.)Г1. П)

Функционал (4) является выпуклым функционалом. Используя метод штрафных функций построим поный (функционал:

F{zuzi) — Ф(;ь z2) + <Г|{шах(0,«т1п - л.) + шах((),о2 - o""Mj-f-

+ шах(0,Г""" - Т:) + шах(0, Г, - Tn,ax)j. (8)

.который при Ь 0 стремится к минимуму функционала (1).

Для минимизации функционала (3) используем метод Иедлерн-Миаа, который известен как симплексный метод.

Решением дашой задачи являются неизвестные функции 'Т, /¡(г) и п — /j(t), которые находятся в заданных ограничениях (Л) л позпчлитт получать температурное ноле гюдпшл Т(х. у,т), мптишизурующее функционал (S).

Третий параграф посвящен оценке влияния теплопрогюдшкти углеродистых футеровочпых матернклоч на формирование температурного поля подшил при обжиге. Футеропочные материалы поди ни алюмипиеиого электролизера предстаялятот собойуглеграфитояме композиции, подвергнуто высокотемпературной обработке. Условия пронзиодстпа углегра-фитоиых электродов л дх стрл'ктура позволяют предположить, что характер изменения тогадапризодиостп данных материалов ijocht случайный характер и находится в интервале Amln < Л < А'""".

Обозначим параметр А кпх функцию от случайной величины Тогда можно '.«аппслть следующее выражение:

А(£) - Ami<1 -i- - А"'™); 0 < i < 1.

Поверхность подины омывают тоиоч!ше газы с температурой Т.,, --/(г)— некоторой фушаиш от времени г. В работе рассмотрены трн способа определения функции /(г) = Т„пч + т-и, где Т,,„ч- начальная температура, г— скорость нагрева топочных газон до заданной температуры Г, Время подъема температуры топочных газов г, до максимального значения с дальнейшей выдержкой л зависимости от режимов обжига втьчеч

;,..')hum i, — ('¿4.4,48ч, 72ч). Общее время обжига составляет 72 часа. То-■ /.<. . .< .< (, ьасрева определяется из условия.г;, ш (Тг — Тнач)/г,. Таким "бразом, '.младым режимы обжига в впде:

fir) - / + v>'r> т - т"

Л ' \ Т2> т > тг iloex..»njM граничите условия при у = 0 : ОТ

~ А—= ая(Т - Т,)(х, у « D, г), (9)

ч-чзорых необходимо подобрать параметры <м,. При атом известно, . п> оли долишы находиться в заданном интервале:

<«""" < а, < Qmax; А'"'ц < А, < А"'а\ (10)

(5 зависимости от этих значений определяется температурное поле

Т(х,у,а„Х,) = Ща„Хж) - U(zuz3).

как функция двух переменных «i, 22. /! ос троим фушащошш:

м

Ф(г,,г2) = mb(T"|T(i<lVi>2,l23) -л|8+ -Т,,!3)"6. (11) »=1 ,

U тоге, задача оптимизации состоит в поиске мишшума функционала (U) при ограничениях (10) к условиях (5),(6),(7). Используя метод штрафных функций, построил! новый фуикциопап:

+ шах(0, Л™п - А,) + шах(0, А, ~ Лт")]. (12)

который при fi —* 0 стремится к минимуму фупкшгонапа (11).

Рис.5 Зависимость коэффициента аг от времени п способа обжига.

Рис.6 Зависимость коэффициента теплопроводности от времени п способа обжига.

Полуденный в результате расистов дкяпоюп изменения коэффициента теплоотдачи соответствует интервалу изменил коэффициента теплопроводности 7+12Вт/(м-град). Таким образом, материалы с коэффициентом теплопроводности ниже 7 Вт/(м• град) не рекомендуется пепольэовпть в футерорвке элект])олпзеров, так как это п дальнейшем приводит к спи-жепшо срока службы электролизеров.

Топочпис гш Т, = 050°, 1, = .10

Тркпсрдгурпр? поле за 72 тага

з< « «

Рш\7 Температурное поле полипы.

В результате численного исследования адаптированы режимы работы установки для обжига электролизеров требуемым параметрам нагрева нодпны после капитального ремонта с учетом случайного характера изменения коэффициента теплопроводности углеродистых материалов.

Установлено, что диапазон изменения коэффициента теплоотдачи топочных газов поверхности подины в интервале 24 -f ZQBm¡{¿t¿v¡>aé) обес-исчппаег равномерный высокохомиературкий обжиг подииы ярц колебаниях коэффициента теплопроводности d пределах 7 -f- 12Вт/(,ч ■ ¿рад).

1> четвертом параграф е решается задача выравнивания температурдо-го ноля подины в период обжига. В результате численного моделирование' показано, что включение в график обжига периодов снижения тепловой ингруэки приводит к выравниванию температурного еояя иодшш в различных ее элементах и позволяет достичь равномерного высокотемпературного 1Ц)игрева подины. Наиболее эффективно включение цериодоь снижения тепловой нагрузки высокотемпературной области графика обжига. У становлсно в результате расчетов, что длительность данных периодов и их количество зависит от общего времеш обжига. Tai;, upe, общей длительно, тн обжига -18 часов наиболее целесообразным является ш:шочс1шс в график обжига. 3-4 периодов сшшгвця тепловой нагрузки длительностью по 2 часа, а при обжиге в течемио 72 часов число таких периодов может бить увеличено до шести,-причем их длительность изменяется их 3 до 0 часов, что приводит к ешккешьо цорсцада xewucpaaypu но высоте подины до 2U — 50° С. Эффективность обжига по ьродлагаемому графику увеличивается с ростом теплопроводности углеродистых футеровочиых материалов.

D четвертой главе приводятся результаты измерения температуры углеродистой подине при обжиге промышленных электролизеров.

Температурный перепад lio высоте, подипы при обжиге промышленных электролизеров изменяется и предел;-,;; 150 — 200° С. Применение технологии выравнивания, как показала эксперименты, приводит к снижению данного теплоиере.пада до 50 — 70° С, что. подтверждает эффективность включения в график обжига промышленных электролизеров периодов снижения тепловой нагрузки в процессе обжига. Экспериментальное изменение температуры углеродистой подины было прог.одеио па 12 электролизерах. В настоящее время проводится практическая отработка отдельных его элементов и внедрение па базе цеха электролиза №2 КГ А 1а. Автор выражает свою благодарность техническому руководстцу КРАЗа, руководителям и техническому персоналу ЭЛЦ-2, а также коллективу це-

M!,пиленных пкспернментов.

Заключение и общие пшюды

Î. В диссертационной работе обосновано влияние роли < искании на бниных ШПОП Г поверхностям!! ПОДОВЫХ блоков. Покачано, 'По наличие прочного спекания приводит к снижению уровня остаточных напряжений в набивных швах, вызванных усадкой подовой массы, н к предотвращению образования трещин.

2. Проведено экспериментальное исследование влияния основных технологических операций па прочность спекания набивных швов а половых блоков в процессе монтажа п обжига подины. Выявлены основные источники образования дефектов ц пшах и показаны условия получения прочного межблочного соединения углеродистой подины алюминневщ о электролизера.

3. Разработаны алгоритмы н проведено численное моделирование температурных режимов ибжнга подины после капитальном ремонта по критерию равномерности н минимума градиента температурного ноля подины алюминиевого -электролизера.

4. Исследовано влияние случайных теплофизпческнх факторов на ре жимы нагрева и даны рекомендации по монтажу углеродистых почип алюминиевого электролизера.

5. Разработаны режимы выравнивания температурного поля с учетом оптимальных параметров ц рекомендованы графики нагрева с у;>чг\1 м данных эксплуатационных характеристик.

6. Полученные -тегперпментаяыше и теоретические ман'рнады не пользуются на ОАО "КрАЗ" в технологических режимах обжига и iivm-электролизеров после капитального ремонта.

Основные положения диссертации опубликованы п научных работах

;i¡ Ъобшт В.С.,ПоТЫЛИЦЫН Г.Л.,ИсТЯГЦЦ В.В. Исследование ПроЧНо •mû сцепления углеродистого блока с подовой массой. Цветные металлы, 19S1,A*'1,<\41-43.

[2] Злобин В.С.,Потылицын Г.А..Сысоев А.П. Влияние режимов of i жига на прочность шовных соединений углеродистой подины Пветтн металлы, 1982,№7,C.3G-39.

¡3] Глобин В.С.,Потылицын Г. А.,Цыплпков 'Î'.jM., Ну m улучшения об жита Н01НШЫ алюминиевого члектролнчера. Цветные металлы.1983,N.7.c.52-r>5.

IS'

[4] Злобин В.С.,Потылпцын Г.А.,Геращенко II.П., Механизм разрушении поцнны при обжиге электролизера. Цветные металлы,1983,с.42-44.

[г>] Злобин В.С.,Потылниын Г.А.,йстягин В.В. Причины образования трещин при обжиге :ипомштевого •электролизера. Цветная металлургия, 1 983,№ 1 ,c.93-9G.

¡f>¡ , Злобин В.С.,Иотылнцып Г.А.,Сысоев А.В. Влияние режимов об- ■ жига на прочность шовных соединений углеродистой подины. Цветные металлы ,1082,№7,c.36-39.

[7] Злобин В.С.,Крюковский В.А.,Потылшхып Г.А.,Доброкец Б.С., Ва-гаеп Б.М. Моделирование обжига подины алюминиевых электролизеров.Цветные металлы, 1990, N511,c.60-63.

[8] Злобин В.С..Потылпцын Г.А., Влияние прогрева теплоизоляции катода на срок службы члектролпзеров типа С-8БМ.

Цветные Метал лы, 1992, NjIO,с.31-3-1.

[9] Злобии В.С.,Потылндын Г.А., Моделирование нагрева поверхности подины в начальной стадии пуска алюминиевого электролизе!);-.. Цветные металлы, 1993,ММ,с.22-21.

[10] Злобпн B.C., Потылнцып Г.А.Стабилизация настылей в алюминиевых -электролизерах при автоматическом питании их глиноземе?,!. Цветные металлы, 1995,Jv.3,с. 27-30.

{11] Злобин В.С.,Багасв Б.М.,Евмецов В.А..Тихомиров В.II., Новиков А.Н. Оптимизация шгрева нодпны алюминиевого электролизера топочными газами.Цветные метадлы, 1997,с.27-30,

[12] Злобпн В.С.,Багаев Б.М. Моделирование углеграфитового блока алюминиевого злектролнзера.Цаетные металлы,1997,N->11, с.27-39,

[13] Злобин В.С.,По'гылнцьш Г.А,,Заливной В.Ц.,Савинов В.К., Сысоев А.В..Геращенко Н.П.,Истягпп В.В. Способ модтажа подины алюмпшге-воп) электролизера. Авторское свидетельство X2975S34.n¡)HopirreT изобретения 21 мая 19S1 г.

[14] Злобпн B.C.,Потылнцып Г.А.,Савииов В.И.,Сысоев А.В., Громов Б.С.,МчцеряковС.М. Устройство для обжига нодпны алюминиевого •электролизера. Авторское свидетельство №975S35.Приоритет изобретения 21 мая 1981 г-

[К>] Злобин В.С.,Потылицьга Г.А;.Заливной В.II,Геращенко Н.Й.. Истягнп В.В.Подина алюминиевого электролизера.Авторское свидетельство Л"; 1013180.Приоритет изобретения 1С декабря 19S1 г.

(10] Злобпн В.С.,Потылнцып Г-А.,Геращенко Н.П ,Заливной В.И.. Мн-жлровекпн С.В.,Истя1нн В.В. Способ регулирования обжига Подины алк>-

мтшевого электролизера.Авторское свидетельство №1222712.Приоритет изобретения 28 м<1Я 198-1 г.

[17] Злобпп В.С.,Потылппъш Г. А.,Цыплаков A.M. Способ монтажа но-днны алюминиевого электролизера.Авторское свидетельство №1-144100. Приоритет изобретения 15 августа 1988 г.

[18] Злобнн В.С.,Потыл1гцып Г.А.,Цыплнков A.M.,Крюковский ii.A . Бабич В.Я.Способ монтажа подины алюминиевого электролизера, Авторское свидетельство №2420074.Приоритет изобретения 14 поя б. 1980г.

[19] Злобпп В.С.,Потылицын Г.А. Подина электролизера для получения алюминия.Авторское свидетельство №1468974.Приоритет изобретения 8 апреля 1987 г,

[20] Злобнн В.С.,Потылпдып Г.А.,Цыплаков A.M. Секция поднпы электролизера для получения алюминия. Авторское свидетельство N21477785. Приоритет изобретения 8 апреля 1987 г.

[21] Злобпп В.С.,Потшпщыи Г.А. Подппа электролизера для получения алюминия.Авторское свидетельство N21477786. Приоритет изобретения 22 мая 1987 г.

[22] ЗлоСгш В.С.,Потылицыи Г.А.,Евтнхов Ж.Л.Подина алюминиевого электролизера.Авторское свидетельство №1708935. Приоритет пзобр<-тения 4 января 1990 г.

[23] Зло Сии В.С.Догылнцын Г.А. Способ обжига и пуска электролизера для получения алюминия.Авторское свидетельство №1740499.Приоритет изобретения 21 марта 1990 г. .

[24] Злобпп 3,С.,ПотылнцыН Г.Л.,Багаез Б.М. Способ обжига поднпы алюмиевого электролизере-Авторское свидетельство №1713983.Прно-рнтет цзобретепдя 7'ма.я 1990 г,

[25] Злобпп В.С.,Потыл1щып Г.А.,Евтнхоз Ж.Л.,ФрпэоргерВ'.К. Подина алюминиевого электролнзера.Авторское свидетельство №1803-177.Приоритет изобретения 3 апреля 1991 г.

[26] Злобнн В.С.,Подина алюминиевого электролизера. Информационный лпе-гок N 53-91, ЦНТИ 13 декабря 1993 г.

[27] Злобнн В.С.Подина алюмшшевош электролизер« со специальным монтажем углеграфптовых катодных блоков с токонодводяигомн стержнями. Информационный листок N 60-94, ЦНТИ 17 декабря 1993 г.

[28] Злобнн В.С.Способ обжига н пуска электролизера. Информационный листок N 315-94,ЦНТИ 16 марта 1994 г.

[29] Злобнн В.С.,Багаев Б.М.,Евменоп В.А. Формирование темпера турного поля углеродистой футеровки алюминиевого электролизера нрн обжиге в зависимости оз температуры греющих' nvion. Цеп.в ВИНИТИ

.11 20.0:5.97.Л-'917-В97, 32 <-.,1907.

[30] Члоош! В.С.,Багасв Б■ M.. Технология режимов пуска алюминиевого электролизера. Труды "Перспективные материалы, конструкции", САД. Красноярск, с. 189-194. 1097.

[31] ЧлоГщн В.С.,БаП»'П Б.М., Моделирование монтажа подины алюминиевого электролизера. Труды международной конференции "Математические модели и методы их исследований", 25-30 августа 1997 г., КГУ, Красноярск, с.1У, 1997.

[32] 'Члобин В.С.Д>агяев Б.М., Оптимизация режимов обжиг;: алюмн-ииепого электролизера. Труды международной конференции ''Математические модели и методы их исследования", 25-30 августа 1997 г.. КГУ, Kpai ноярск, с.20, 1997.

[33] ЧлоОни В.С..Г)агаев Б.М. Депонированные рук. Деп. в ВИНИТИ от 17.11.97 Л-3357-В97 Сборник трудов семинара "Математическое моделирование 1! механике" ВЦ СО РАН в Красноярске стр. 52-02.

[3J] 'Злобпн В.С'.,Видик К).В.,Потылииьш Г. А. Теплообмен ¡га поверхности подины в начальной стадии пуска алюминиевого электролизера., Материалы 3-го Минского Международного форума по тепло- и масооб-мецу. 20 - 2-1 мая 1990г.. Минск. (Секция 11 "Тепломассообмен в химико-зехпологических устройствах), 2 стр, 199G.

¡35] Глобин В.С.,Багаев Б.М.,Евмеиов В.А.,Тихомиров В.II. Адаптация режимов обжига н случайных параметров алюминиевого электролизера. Вестник Красноярского государственного технического университета "Проблемы развития теплоэнергетики и пути их решения", стр. 97-10}. Красноярск. 1997.

Подписано в печать 21.05.98 Тграж 100 экз. "Заказ N ¿¿95. Отпечатано и типографии КГТУ, 600071 Красноярск. ул.Кнренского. 26