автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Оптимизация состава обожженного анода для электролитического получения алюминия

\1

На правах рукописи

Савина Александр Николаевич

ОПТИМИЗАЦИЯ СОСТАВА ОБОЖЖЕННОГО АНОДА ДЛЯ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНИЯ

Специальность 05.16.02 - Металлургия черных, цветных и редких металлов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 5 НОЯ 2010

Иркутск - 2010

004614223

Работа выполнена в ОАО «Сибирский научно-исследовательский, конструкторский и проектный институт алюминиевой и электродной промышленности» (ОАО «СибВАМИ»)

Научный руководитель:

кандидат технических наук, доцент Немчинова Нина Владимировна

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Кульков Виктор Николаевич;

кандидат технических наук, с.н.с. Черняховский Леонид Владимирович

Ведущая организация:

ФГОУ ВПО «Сибирский федеральный университет» (г. Красноярск)

Защита состоится «09» декабря 2010 г. в Ю00 на заседании диссертационного совета Д 212.073.02 в Иркутском государственном техническом университете по адресу: г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83, корп. «К», конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеках Иркутского государственного технического университета и ОАО «СибВАМИ».

Автореферат разослан «03» ноября 2010 г.

Отзывы на автореферат (в 2-х экземплярах, заверенные печатью организации) просьба направлять по адресу: 664074, г. Иркутск-74, ул. Лермонтова, 83, ИрГТУ; ученому секретарю диссертационного совета Д 212.073.02 Салову В.М.

e-mail: salov@istu.edu

Ученый секретарь диссертационного совета, профессор

В.М. Салов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Технико-экономические показатели (ТЭП) процесса электролитического получения алюминия во многом определяются качеством обожженных анодов (ОА). Затраты на ОА в себестоимости А1 составляют от 15 до 17 %, достигая иногда 25 %. При отлаженных технологических параметрах и приемлемом качестве сырья рецептура шихты для изготовления анодов влияет на формирование их физико-химических свойств.

В электродной промышленности главными требованиями к электродам являются высокая электрическая проводимость и механическая прочность. Обожженные аноды в алюминиевом электролизере не только подводят ток, но и участвуют в электрохимическом процессе, сгорая в выделяющемся кислороде. Поэтому для анодов, используемых в качестве восстановителя при электролизе криолит-глиноземных расплавов, важным показателем является их расход. По данным научных исследований и практических результатов на расход ОА влияет междучастичная пористость. Междучастичная пористость образуется при обжиге анода и зависит от толщины прослойки связующего на поверхности пылевых частиц то есть от количества связующего и дисперсности пыли с заданной дисперсностью, или так называемого состава связующей матрицы (ССМ).

В настоящее время надежный способ оптимизации ССМ ОА путем регулирования толщины прослойки связующего между частицами наполнителя отсутствует, либо является предметом «ноу-хау». Поэтому разработка способа оптимизации состава ОА является актуальной.

Актуальной задачей является также оценка возможности использования в ОА нетрадиционного наполнителя - пекового кокса. Данный углеродный материал по своим физико-химическим свойствам не уступает нефтяным коксам, производство которых с оптимальными характеристиками (низкие содержания золы, серы и т.д.) ограничено. Отсутствие опыта использования пекового кокса в качестве наполнителя ОА может привести к потере объемов его производства при переводе устаревших электролизных производств отечественных (Уральского (УАЗ), Богословского (БАЗ), Новокузнецкого (НкАЗ)) алюминиевых заводов на электролизеры с обожженными анодами. Поэтому задачи оценки применения пекового кокса в составе шихты обожженных анодов, разработки критериев его подготовки и технических требований к ОА на его основе являются актуальными.

Цель и задачи работы. Оптимизация состава обожженных анодов на основе коксов различной природы для снижения их расхода при электролитическом получении алюминия.

В работе решались следующие задачи:

- разработка способа оптимизации состава ОА, основанного на регулировании содержания пека и пыли в зависимости от ее удельной поверхности;

- установление оптимального коэффициента связующей матрицы (Кгам) для получения состава анодов на основе коксов различной природы с низким их расходом при электролизе криолит-глиноземных расплавов;

- оценка возможности получения ОА из пекового кокса со свойствами, не уступающими аналогам на основе нефтяных коксов;

- установление критериев подготовки пекового кокса и разработка технических требований к ОА на его основе;

- создание методики разработки рецептуры, обеспечивающей низкий расход ОА, их приемлемые прочностные и электрические свойства;

- оценка свойств промышленных ОА и технологических показателей процесса электролитического получения алюминия до и после оптимизации их состава;

- анализ расчетного и практического расхода ОА до и после оптимизации их состава; оценка экономической эффективности от предлагаемых технологических решений по оптимизации состава анодов.

Материалы и методы исследования. В работе использованы стандартизированные методы определения физико-химических свойств кокса, каменноугольного пека и обожженных анодов.

Объемно-структурные, прочностные, электрические и прессовые характеристики коксов оценивались по отечественным методикам, применяемым в алюминиевой и электродной промышленности.

Для характеристики плотности коксовой шихты применялась методика определения вибронасыпной плотности (ВНП).

Определение термофизических и дополнительных прочностных свойств ОА производилось по стандартизированным методикам, используемым при технологическом опробовании подовых блоков. Оценка качества промышленных ОА производилась на основе измерения геометрии новых анодов и огарков, визуального определения чистоты поверхности новых анодных блоков, учета расхода анодов и выхода угольной пены при электролитическом получении алюминия.

Научная новизна работы

1. Установлена зависимость общей разрушаемости в токе СОг, характеризующей расход анодов, от толщины прослойки связующего между частицами наполнителя.

2. Получена закономерность влияния оптимальной толщины прослойки связующего между частицами тонкой фракции наполнителя обожженных анодов на их расход при электролитическом получении алюминия.

3. Теоретически обоснована целесообразность применения пекового кокса в качестве наполнителя обожженных анодов.

4. Научно обоснован подход к разработке рецептуры обожженных анодов, основанный на первоначальном получении максимальной вибронасыпной плотности сухой коксовой шихты без добавления пыли и последующей оптимизации состава связующей матрицы.

Практическая значимость 1. Предложен способ оптимизации состава ОА, основанный на контроле удельной поверхности пыли, определении количества пыли в шихте и заключительной корректировке содержания связующего.

2. Разработаны критерии подготовки иекового кокса для его использования в обожженных анодах.

3. Предложены технические требования к обожженным анодам с использованием пекового кокса в качестве наполнителя.

4. Рекомендована оптимальная толщина прослойки связующего между частицами наполнителя - для пекового кокса К™"' = 0,00100 (кг/м2), для нефтяного кокса Ксвм = 0,00110 (кг/м2), обеспечивающая минимальный расход анодов при электролитическом получении алюминия.

5. Предложена методика разработки рецептуры шихты для получения обожженного анода с низким расходом при электролизе криолит-глиноземных расплавов.

Достоверность полученных результатов. Оценка физико-химических свойств коксов, пеков и ОА, дополнительных показателей качества исходного сырья и анодов на их основе произведена на прошедшем метрологическую поверку оборудовании аккредитованных лабораторий ОАО «СибВАМИ» (лабораторий производства анодной массы и физико-химических методов анализа) и ОАО «ИркАЗ-СУАЛ» (центральная заводская лаборатория).

Анализ и обработка полученных данных проводились с помощью аналитических и графических методов пакета прикладных программ Microsoft Excel.

Достоверность полученных результатов подтверждена использованием статистического и корреляционного методов анализа, сходимостью расчетного расхода анодов с практическими результатами.

На защиту выносятся:

- принцип обеспечения низкого расхода ОА при электролитическом получении AI, основанный на поддержании состава с одинаковой толщиной прослойки связующего на поверхности частиц наполнителя путем контроля удельной поверхности пыли и корректировки в шихте содержания связующего и пыли;

- способ оптимизации состава ОА, используемых для получения алюминия;

- критерии использования пекового кокса и технические требования к ОА на его основе;

- методика разработки рецептуры шихты для получения обожженных анодов с минимальным их расходом при электролизе криолит-глиноземных расплавов, основанная на использовании оптимального ССМ;

- результаты расчетного и практического расхода ОА в процессе электролитического получения AI при использовании оптимального ССМ.

Личный вклад автора состоит в проведении исследований на каждом этапе работы; в разработке способа оптимизации состава связующей матрицы и установлении оптимальной толщины прослойки связующего в анодах на основе коксов различного происхождения; в научном обосновании влияния толщины прослойки связующего между частицами кокса-наполнителя на физико-химические свойства обожженных анодов; в сборе данных и анализе свойств анодов и их поведения при электролитическом получении алюминия; в анализе

и расчетном сопоставлении данных лабораторных исследований с результатами промышленных испытаний.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на П, III, IV региональных, Всероссийских научно-технических конференциях молодых ученых и специалистов алюминиевой промышленности (Иркутск, 2004-2006, 2008), на IV международной конференции «Углерод: фундаментальные проблемы науки, материаловедение, технология» (Москва, 2005), на II международной научно-практической конференции «Металлургия легких металлов. Проблемы и перспективы» (Москва, 2006), на научно-практической конференции «Перспективы развития технологии, экологии и автоматизации химических, пищевых и металлургических производств» (Иркутск, 2010), на кафедре металлургии цветных металлов ИрГТУ.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 11 печатных работ, в том числе 3 статьи в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка из 106 наименований и двух приложений. Работа изложена на 115 страницах машинописного текста, содержит 20 рисунков и 28 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во сведении обоснована актуальность и практическая ценность диссертационной работы, сформулированы ее цели и задачи.

В первой главе представлен аналитический обзор литературных данных о методах разработки рецептуры шихты для изготовления анодов и оптимизации их состава, применении коксов в производстве ОА.

В настоящее время для разработки рецептуры используются два метода.

Согласно первому изготавливаемые аноды обладают высокими прочностью и электрической проводимостью за счет применения рецептуры, позволяющей достичь максимальной плотности упаковки коксовой шихты. Однако при этом невозможно одновременно сочетать максимальную плотность состава и оптимальные значения прочности и проводимости при использовании постоянного соотношения фракций между собой. Кроме того, при использовании данных рецептов иногда возникают проблемы в процессах смешения, формования и обжига, снижающие качество получаемых ОА.

Второй метод основан на поддержании оптимального содержания в шихте связующего и пыли с заданной дисперсностью. При этом главное внимание уделяется поверхности пыли, составляющей 90 % поверхности всего коксового наполнителя, на которую преимущественно и расходуется связующее. В зависимости от ССМ формируется толщина прослойки связующего между частицами наполнителя, которая после спекания образует междучастичную пористость. Толщину прослойки сложно определить инструментальными методами, но косвенно это возможно осуществить путем дозировки точного количества связующего на единицу поверхности пыли.

Ситовой анализ, традиционно используемый на заводах, не может быть использован для определения поверхности пыли в единице массы. Для контролируемой дозировки связующего и получения стабильной толщины его прослойки необходимо определение только удельной поверхности пыли.

Удельная поверхность пыли зависит от природы и структуры кокса, степени его прокалки, длительности хранения пыли. Следовательно, одинаковая дозировка пыли и пека при отсутствии контроля удельной поверхности пыли недопустима. В свою очередь избыток или нехватка связующего могут привести к формированию неоптимальной междучастичной пористости, повышенной реакционной способности (РС) анодов и, как следствие, увеличению их расхода при электролитическом получении алюминия.

Согласно литературным данным существующие способы оптимизации состава ОА громоздки в расчетах и направлены на изменение только дозировки связующего. Поэтому необходима разработка способа оптимизации ССМ, основанная на первоначальном контроле удельной поверхности пыли и последующем регулировании дозировки пыли и пека.

Принцип формирования оптимальной прослойки связующего не учитывает свойства и структуру кокса, поскольку частицы пыли различных коксов имеют низкую открытую пористость. Поэтому в данном случае интерес представляет поверхность пыли. В связи с этим возникает научный интерес применимости оптимального ССМ в ОА, изготовленных из коксов разной природы.

Анализ литературных данных показал, что пековый кокс практически не используется в производстве ОА. Однако по своим физико-химическим свойствам данный углеродный материал не уступает нефтяному коксу. Для оценки принципиальной возможности применения пекового кокса для изготовления анодных блоков необходимо провести сравнительные исследования.

Вторая глава посвящена разработке способа оптимизации и регулирования ССМ и сравнительным исследованиям применения пекового кокса в качестве наполнителя ОА.

Показатель Ор в токе С02 применяется в отечественных стандартах в качестве лабораторной меры расхода анодов при получении алюминия.

На примере промышленного использования ОА на ИркАЗе установлена практически линейная зависимость расхода анодов (Рал) от Ор в токе СО2:

Р^, = 1,354 Ор +500,6, (1)

где Ор- общая разрушаемость в токе С02, мг/см2'час (ТУ 1913-001-00200992-95).

Согласно установленной зависимости низкое значение Ор в токе С02 принято за основу определения оптимального ССМ анодов. Для выражения состава и подержания его в оптимальном состоянии выведено эмпирическое выражение для определения коэффициента связующей матрицы Ксвм:

Ссв

ксв.м._ -—--рч

где 0,1 - коэффициент перевода удельной поверхности из (см2/г) в (м2/кг), ед.;

Сев - содержание связующего, %;

С„ - содержание пыли в коксовой шихте, %;

Зуд - удельная поверхность пыли, см2/г.

Коэффициент Ксвм' выражает зависимость толщины прослойки между частицами наполнителя от содержания связующего на единицу поверхности пыли и содержания пылевой фракции в шихте.

Оптимизация ССМ основана на использовании уравнения (2) в непрерывном процессе производства ОА. При несоответствии толщины прослойки связующего по уравнению (2) корректируется содержание пыли, потом связующего. При необходимости дозировки пыли и связующего выше допустимых пределов их содержание принимается по граничным значениям. Далее отдается задание на корректировку рабочих параметров мельницы для приведения удельной поверхности пыли к нужному значению. Таким образом, контролируется и оптимизируется состав ОА.

При сравнении свойств коксов нами были выявлены преимущества пеко-вого кокса над нефтяным: более низкие содержания серы, золы и ванадия ней, а также повышенная прочность и насыпная плотность. Исследование характеристик, оценивающих способность к прессованию, и макроструктуры образцов кокса при х 1000-кратном увеличении позволили сделать вывод о повышенной прессовой добротности пековых коксов, что объясняется их изотропной (точечной) структурой. В то время как нефтяным коксам с выраженными включениями волокнистой структуры отвечает, напротив, пониженный уровень прессовой добротности за счет повышенной упругости.

Полученные лабораторные образцы ОА на основе пекового кокса обладали повышенными плотностью, прочностью и электропроводностью (в сравнении с анодами на основе традиционного нефтекокса). Однако Ор в токе СОг лабораторных ОА выше, поэтому нами были выполнены исследования, направленные на снижение данного показателя путем подбора оптимального ССМ.

Было определено значение оптимальной толщины прослойки связующего, отвечающее К0814 = 0,00100 кг/м2. При этом обеспечивается самая низкая Ор в токе С02 (рис. 1, табл. 1) и, как следствие, наиболее низкий расход ОА при электролизе. Достигнутый уровень Ор в токе С02 сопоставим с данным показателем для анодов на основе нефтяных коксов.

1 100.0

ж*.

ю

о

0.00050 0.00100 0.00150 0.00200 0.00250

К™", кг/м2

Рис. 1. Зависимость обшей разрушаемое™ в токе С02 от Кс*'м' лабораторных обожженных анодов на основе пекового кокса

Таблица 1

Оптимальный состав обожженных анодов па пековом коксе_

Наименование показателя Ка,"\ кг/м* 5>уд пыли, см2/г Содержание связующего, % Содержание пыли, %

Целевое значение 0,00100 4500 15,0 33,3

Интервал варьирования 0,0001 500 0,5 3,0

На основе полученных данных нами были разработаны критерии подготовки пекового кокса и требования к анодам с его использованием:

- применение в коксовой шихте максимальной крупности зерна 15 мм без риска ухудшения объемно-структурных, электрических и механических свойств обожженных анодов;

- прокалка пекового кокса до достижения значений действительной плотности 1,98-2,00 г/см3 (табл. 2).

Таблица 2

Технические требования к обожжеппым анодам на основе пекового кокса

Наименование показателей ОЛ на основе пекового кокса Требования ТУ 1913-001-0020099295 к ОА марки АБ-0 Требования зарубежных стандартов

1. Действительная плотность, кг/дм3 1,98-2,00 2,06 2,05-2,08

2. Кажущаяся плотность, кг/дм3 1,50-1,54 1,55-1,60 1,53-1,58

3. Предел прочности на сжатие, МПа 35-50 32-45 32-48

4. Удельное электросопротивление, мкОм-м, не более 52 54 52-60

5. Стойкость в среде С02:

- остаток, %, не менее; - разрушаемость, мг/см2-час, не более; 86 38 88 28 80-90

- осыпаемость, %, не более; 5 3 3-8

- осыпаемость, мг/см2-час, 12 7 -

не более

6. Зольность, %, не более 0,4 0,4 0,2-0,5

7. Массовая доля примесей: - железо, %, не более; 0,06 0,05 100-500*

- кремний, %, не более; - ванадий, %, не более; 0,06 0,001 0,05 0,015 100-300* 80-260*

- натрий, %, не более; - сера, %, не более 0,015 0,5 1,0 200-600* 1,2-2,4

*- дано в ррш.

При оптимизации состава лабораторных ОА на основе пековых коксов снижается значение Ор в токе С02 с 48 до 33 мг/см2час. При этом согласно (I) уменьшается расход анодов при электролитическом получении алюминия с 565,6 до 545,2 кг/т А1, что для серии электролиза с годовой производительностью 100 тыс. т алюминия обеспечит снижение потребности в них до 2000 т в год.

Третья глава посвящена исследованиям по улучшению за счет оптимизации ССМ физико-химических свойств ОА Новочеркасского электродного завода (НЭЗ) и снижения их расхода; приведены результаты лабораторного тестирования и промышленных испытаний при электролизе криолит-глиноземных расплавов данных опытных анодов.

Опытные ОА НЭЗа испытывались на УАЗе и НкАЗе, при этом был зафиксирован повышенный (на -40 кг/т А1) расход и увеличенный (до 24 кг/т А1) выход угольной пены. По сравнению с анодами китайского производства рабочий цикл анодов НЭЗа был снижен на 1,2 сут.

Увеличенный расход анодов НЭЗа объяснялся применением неоптимального ССМ, который приводил к снижению электрических и прочностных свойств анодов (высокая кажущуюся плотность, повышенное удельное электросопротивление, пониженная прочность), и формированием высокой Ор в токе С02. Использование в промышленных условиях ОА, изготовленных с применением неоптимального ССМ, подтверждалось прикоксовыванием значительного количества пересыпки к поверхности анодов при обжиге (до 7 см).

В связи с этим нами были разработаны рекомендации по оптимизации состава ОА НЭЗа и были изготовлены лабораторные аноды-аналоги промышленным с рекомендацией поддерживать кажущуюся плотность ОА в пределах 1,561,60 кг/дм3. Технический аудит производственных мощностей и сравнительный анализ свойств опытных анодов позволил заключить, что НЭЗ принципиально может выпускать аноды, удовлетворяющие требованиям алюминиевых заводов.

Далее нами изучалось влияние ВНП коксовой шихты на свойства ОА. Установлено, что самая низкая Ор в токе С02 отвечает лабораторным анодам со средним уровнем ВНП равной 1,208 кг/дм3 (в диапазоне ВНП всех рецептур 1,200-1,222 кг/дм3). Отличительной чертой анодов с максимальной химической стойкостью в токе С02 являлось их изготовление на основе рецепта с минимальным содержанием пылевой фракции и максимальном содержании отсевной. Кроме того, этим образцам соответствовали промежуточные значения электропроводности и механической прочности.

По результатам исследований нами была определена необходимость разделения и уменьшения в рецептуре НЭЗа фракции -13+4 мм на две: -10(-8)-К5 мм и -8(-6)+4 мм. Это согласуется с практикой использования нефтяного кокса в О А. На практике фракции крупнее 8 мм набираются только из огарков и обожженного боя. Отрицательное влияние от увеличенного содержания частиц нефтяного кокса с повышенным размером проявляется в получении низких прочностных и электрических свойств опытно-промышленных и лабораторных ОА НЭЗа, что можно устранить повышенным давлением прессования.

Степень влияния ВНП шихты на свойства ОА позволила обосновать новый подход к разработке рецептуры. Вначале оценивается ВНП сухой коксовой шихты без добавления пыли. На основе шихты с максимальной ВНП производится оптимизация ССМ с суммарным содержанием пыли и отсева, равным содержанию отсева при определении ВНП. В результате разрабатывается рецептура, обеспечивающая анодам низкую Ор в токе С02 и оптимальные прочност-

ные и электрические свойства за счет формирования структуры с минимумом дефектов.

На основе рецепта с промежуточной ВНП и лучшей химической стойкостью в токе С02 производилась окончательная оптимизация состава ОА НЭЗа: изменялись содержания пека (от 13 до 16 %) и удельной поверхности пыли (от 2900 до 5000 см2/г).

Было установлено, что наиболее стабильными и оптимальными объемно-структурными, электрическими и прочностными свойствами, а также самой низкой Ор в токе С02 и незначительным прикоксовыванием засыпки характеризовались образцы ОА на основе пыли с удельной поверхностью 3600 и 4300 см2/г. Так, для анодов на основе грубой пыли (2900 см /г) отмечалось значительное прикоксовывание пересыпки. Проведенные исследования позволили установить оптимальный состав ОА НЭЗа по зависимости Ор в токе СОг от Ксвм' (рис. 2, табл. 3).

0.00090 0.00110 0.00130 0.00150 0.00170 ;

К" м, кг/м2

Рис. 2. Зависимость общей разрушаемое™ в токе С02 от коэффициента связующей матрицы анодов Новочеркасского электродного завода

Таблица 3

Оптимальный состав анодов Новочеркасского электродного завода

Наименование показателя К™"", кг/м2 £>уд пыли, см2/г Содержание связующего, % Содержание пыли, %

Целевое значение 0,00110 4300 15,5 32,8

Интервал варьирования 0,0001 500 0,5 3,0

Аноды НЭЗа на основе нефтяного кокса имеют повышенное значение К0"'"', равное 0,00110 кг/м2 (против 0,00100 кг/м2 для пековых коксов). Увеличение толщины прослойки на 0,0001 кг/м2 указывает на незначительное влияние на ССМ анодов природы кокса. Полученный результат хорошо согласуется с известными представлениями об увеличенных размерах и форме пор крупных и средних частиц нефтекокса: крупные частицы с повышенной открытой пористостью требуют повышенного содержания связующего для сохранения пластичности анодной массы, работы когезионных и капиллярных сил.

В четвертой главе проведены результаты сравнительного анализа физико-химических свойств анодов фирмы «Орион» (Китай) до и после оптимизации их состава по предложенной автором методике, а также оценка их поведения в процессе электролитического получения алюминия на электролизерах ОА-ЗООМ2 5-ой серии ИркАЗа. Проведен сравнительный расчет расхода ОА на основе коксов различной природы при электролизе криолит-глиноземных расплавов, оценена экономическая эффективность от оптимизации ССМ.

При использовании в электролизерах на 5-ой серии ИркАЗа промышленных анодов фирмы «Орион» в период с января по август 2008 г. зафиксировано снижение ТЭП электролиза криолит-глиноземных расплавов из-за несоответствия физико-химических свойств ОА установленным требованиям. При анализе причин расстройства технологии было установлено, что аноды фирмы «Орион» обладали неопгимальным составом (К™'"^ 0,00156 кг/м2). При снижении значения Ксвм' до 0,00133 кг/м2 (табл. 4) физико-химические свойства ОА улучшились. При эксплуатации промышленной партии анодов, изготовленных по нашим рекомендациям, ТЭП процесса электролиза на электролизерах ОА-ЗООМ2 в период с сентября 2008 г. по апрель 2009 г. (рис. 3) соответствовали установленным требованиям за счет:

- снижения расхода ОА с 555,2 до 535,7 кг/т Al и повышения термостойкости анодов (уменьшению их потерь с 0,6 до 0,1 % и менее от общего количества установленных анодных блоков) (рис. 3 ,а);

- уменьшения выхода угольной пены с 28,0 до 5,3 кг/т Al и количества неровностей на подошве анодов с 50 до 5 случаев в месяц (рис. 3,6);

- стабилизации и приведения в норму габаритных размеров огарков (рис. 3,в): увеличение длины огарков до 139 см, ширины до 66 см, высоты до 19 см, об-гара не более 1,5 см;

- прироста веса огарков на 33 кг.

Таблица 4

Состав обожженных анодов фирмы «Орион» _

Наименование показателя Неоптнмальный ССМ Оптимизированный ССМ Интервал варьирования

Удельная поверхность пыли, см2/г 2450 3150 500

Содержание пыли, % 47 37 3

Содержание связующего, % 18 15,5 0,5

К^ед. 0,00156 0,00133 0,0001

Средняя Ор в токе СОг, мг/см^час 38,6 27,9 3

Откорректированный ССМ анодов «Орион» имел большую толщину пе-ковой прослойки, чем установленное для нефтяных коксов оптимальное значение Ксвл<= 0,00110 кг/м2. Полученные данные указывают на получете промежуточного результата, который может быть улучшен приведением толщины прослойки к оптимальной, обеспечивая дальнейшее снижение расхода анодов при электролитическом получении алюминия.

то а

а. я

ж Количество расслоений, шт./мес. ♦ расход анодов. кг/тА1

♦ ♦ ♦

♦ г

Г 11

/'/ /У

55О

530

520

510

210

/

¿А / /

У * т оГ ,<<Г А *

с/

Л»

-Длина

огарков, см (мин 131) -Ширина огарков, см (мин 63) Высота огарков, см (мин 16) -Обгар огарков, см (мах 6)

Вес огарков, кг, (мин 180)

Рис. 3. Показатели эксплуатации обожженных анодов фирмы «Орион» до (янв.-авг.2008 г.) и после (сент. 2008 г.-апр. 2009 г.) оптимизации их состава: а - количество расслоений и расход анодов при электролизе; б- динамика выхода угольной пены и отставаний подошвы анодов; в - габариты и вес огарков

Согласно (1) снижение Ор в токе С02 на 11 мг/см2час обеспечивает уменьшение расхода OA при электролизе расплавов на 15 кг/т алюминия. Расчетный уровень близок к фактической средней величине снижения расхода на 19,5 кг и является важным достижением в повышении ТЭП электролиза 5-ой серии ИркАЗа.

По результатам оптимизации состава лабораториых и промышленных OA был произведен расчет их расхода с помощью известной формулы фирмы «R&D Carbon». Были использованы усредненные данные физико-химических свойств OA и технологических параметров процесса получения алюминия, зафиксированные до и после оптимизации ССМ (табл. 5).

Таблица 5

Расчет расхода анодов при электролитическом получении алюминия

Показатель 5 серия до авг. 2008 5 серия после авг. 2008 нэз до оптимизации на УАЗе НЭЗ после оптимизации на УАЗе Пеко-вый кокс ДЛЯ 5 серии Пеко-вый кокс для УАЗа

Фактор конструкции электролизера, сд. 290 290 280 280 290 280

Выход по току, % 0.914 0.935 0.90 0.91 0.935 0.91

Температура электролита, "С 962 959 962 959 959 959

Ор в СО,, % 86.0 89.7 64.7 75.0 87.7 87.7

Коэффициент пересчета Ор в остаток по КО 1.124

Остаток о С02 но КО, % 76.5 79.8 57.6 66.7 78.0 78.0

Воздушная проницаемость, нПм 3.0 2.0 3.0 2.0 2.0 2.0

Теплопроводность, (!т/(м.К) 3.7 3.5 2.8 2.6 3.0 3.0

Остаток в воздухе, % 83.7 87.7 80.6 89 85.5 85.5

Расчетный расход ОА «нетто», кг/т А1 459.7 425.4 485.1 438.3 427.7 427.5

ВС*, расход анода «брутто», кг/т А] 564.7 530.4 590.1 543.3 532.7 532.5

* - ВС - расход анода «брутто», кг/т AI (состоит из NC - расход анодов «нетто» без учета выхода огарков** и 105 кг/т Al выход огарков).

Таким образом, оптимизация ССМ анодов позволяет снизить их расход на 35-45 кг/т Al, а при использовании пекового кокса в качестве наполнителя получен расход ОА, сопоставимый с данным показателем для анодов из нефтяных коксов.

В табл. 6 приведен расчет экономической эффективности на годовой объем производства алюминия-сырца 5-ой серией Иркутского алюминиевого завода до и после оптимизации ССМ промышленных анодов фирмы «Орион».

Согласно расчету использование ОА с оптимальным составом позволяет достичь годового экономического эффекта в 130,2 млн. руб. за счет снижения расхода анодов на 34,3 кг, фтористого алюминия на 3,6 кг и повышения выхода по току с 91,4 до 93,5 %.

Таблица 6

Расчет экономической эффективности от оптимизации состава анодов

Наименование показателей Ед. изм. 5 серия до оптимиз. 5 серия после оптимиз.

Производство алюминия-сырца в электролизном цехе т/год 161 414 165 122

Удельный расход ОА «брутто» т/т 0.5647 0.5304

Потребность электролизного цеха в ОА «брутто» т/год 91 151 87 581

Цена закупаемой 1 т ОА рубУт 17 420 17 420

Годовые затраты на закупку ОА «брутто» млн. руб. 1587.9 1525.7

Снижение годовых затрат на закупку ОА «брутто» млн. руб./год базовый вариант 62.2

Годовая производительность товарного алюминия (К=1,0015) т 161 172 164 875

Себестоимость 1 т алюминия-сырца руб. 35 620 35 620

Годовые затраты на производство товарного А1 млн. руб. 5 741 5 873

Цена реализации 1 т товарного алюминия руб. 49 000 49 000

Годовая выручка от реализации товарного А1 млн. руб. 7 897 8 079

Валовая годовая прибыль от продажи товарного А1 млн. руб. 2 156.5 2 206.0

Увеличение валовой прибыли от продажи товарного алюминия млн. руб./год базовый вариант 49.5

Снижение расхода А1Р3 кг/т А1 3.6

Годовое снижение расхода АШз т 594.4

Стоимость А№3 руб./т 31000 31 000

Снижение годовых затрат на закупку АНЬ млн. руб. базовый вариант 18.4

Изменение годовых затрат (+снижение/-увелич-е) млн. руб. 130.2

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Разработан эффективный способ оптимизации состава ОА на основе контроля удельной поверхности пыли и регулировании содержания пыли и связующего, обеспечивающий получение оптимальной толщины прослойки связующего между частицами наполнителя.

2. Экспериментально установлена оптимальная толщина прослойки связующего, соответствующая значениям К™'"' для анодов на пековом коксе - 0,0010 кг/м2, на нефтяном коксе - 0,0011 кг/м2, соответственно.

3. Получены ОА на основе пекового кокса с расходом и свойствами, не уступаю щими анодам из нефтяных коксов.

4. Применение пекового кокса в качестве наполнителя ОА и получение оптимальных объемно-структурных, электрических и механических свойств анодов достигается при использовании крупности зерна до 15 мм и действительной плотности в пределах 1,98-2,00 г/см3; с учетом установленных критериев подготовки кокса разработаны технические требования к ОА на его основе.

5. Предложен научно обоснованный подход к разработке рецептуры ОА с минимальной Ор в токе С02, достаточной прочностью и электропроводностью, заключающийся в подборе коксовой шихты без добавления пыли с макси-

cf

мальной ВНП и последующей оптимизации состава до получения экстремальной зависимости Ор в токе СОг от толщины прослойки связующего.

6. Оптимизация состава ОА фирмы «Орион» (Китай) до достижения Ксвм = 0,00133 кг/м2 обеспечила снижение при электролитическом получении алюминия расхода анодов на 19,5 кг/т AI, выхода угольной пены на 19,5 кг/т AI и длительности замены анодов с 44 до 34 мин на каждую операцию, что подтверждено актом испытаний на электролизерах ОА-ЗООМ2.

7. Применение обожженных анодов с оптимальным составом позволяет уменьшить их расход в процессе электролиза криолит-глиноземных расплавов на 20-40 кг/т AI (до достижения уровня 535 кг/т AI). При этом снижение расхода ОА на 20 кг обеспечивает для цеха электролиза производительностью 160 тыс. т алюминия в год экономический эффект до 130 млн. руб.

Основные положения диссертации изложены в следующих работах:

1. Савйна А.Н., Лазарев В.Д. Схема контроля качества обожженных анодов // Материалы II региональной науч.-техн. конф. молодых ученых и специалистов алюминиевой и электродной промышленности (21-22 окт. 2004 г., Иркутск). Иркутск, 2004. С. 47-48.

2. Савйна АЛ., Лазарев В.Д. Результаты исследований лабораторных обожженных анодов на основе пековых коксов // Материалы III республиканской науч.-техн. конф. молодых ученых и специалистов алюминиевой и электродной промышленности (20-21 окт. 2005 г., Иркутск). Иркутск, 2005. С. 15-16.

3. Савйна A.II., Лазарев В.Д. Совершенствование схемы контроля качества обожженных анодов // Материалы III республиканской науч.-техн. конф. молодых ученых и специалистов алюминиевой и электродной промышленности (20-21 окт. 2005 г., Иркутск). Иркутск, 2005. С. 16-18.

4. Влияние углеродных наполнителей различной природы на свойства и эксплуатационные характеристики обожженных анодов / Савйна А.Н., Лазарев В.Д., Веселков В.В. [и др.] // Материалы IV Междунар. конф. «Углерод: фундаментальные проблемы науки» (26-28 окт. 2005 г., Москва). М„ 2005. С. 39.

5. Савйна А.Н., Лазарев В.Д, Кокорина И.И. Оценка прессовых характеристик пековых коксов и возможности изготовления обожженных анодов на их основе // Электрометаллургия легких металлов: сб. науч. тр. Иркутск, 2006. С. 204-210.

6. Качество обожженных анодов, поставляемых на отечественные алюминиевые заводы, и их расход в процессе электролиза / Савйна А.Н., Лазарев В.Д., Ресельс Е.М. [и др.] // Материалы IV республиканской науч.-техн. конф. молодых ученых и специалистов алюминие-вои и электродной промышленности (26-27 окт. 2006 г., Иркутск). Иркутск, 2006. С. 51-55.

7. Савйна А.Н., Лазарев В.Д. Совершенствование схемы контроля качества обожженных анодов // Цветные металлы. 2007. №2. С.89-91.

8. Савйна А.Н. Качество обожженных анодов, поставляемых на отечественные алюминиевые заводы, их расход в процессе электролиза и оценка эффективности использования // Цветные металлы. 2007. №4. С. 90-93.

9. Изучение возможности применения пекового кокса в производстве обожженных анодов / Лазарев В.Д., Савйна А.Н., Лазарев Д.Г. [и др.] // Цветные металлы. 2007. №5. С. 66-71.

10. Савйна А.Н., Кокорина И.И., Шестжова О.В. Оптимизация состава связующей матрицы и разработка способа управления им с целью повышения качества обожженных анодов // Цветная металлургия. 2009. №6. С. 38-48.

11. Савйна А.Н., Немчинова Н.В. Оптимизация состава связующей матрицы обожженных анодов на основе наполнителей различной природы // Перспективы развития технологии, экологии и автоматизации химических, пищевых и металлургических производств: материалы науч.-техн. конф. (22-23 апр. 2010 г., Иркутск). Иркутск, 2010. С. 29-32.

Подписано в печать 1.11.2010. Формат 60 х 90 /16. Бумага офсетная. Печать трафаретная. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Зак. 127к. Лицензия ИД № 06506 от 26.12.2001 Иркутский государственный технический университет 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. Зависимость расхода обожженных анодов от состава и применение пекового кокса в обожженных анодах.

1.1. Взаимосвязь между расходом анодов, стабильностью заданной рецептуры и необходимостью ее корректировки.

12. Оценка возможности использования пекового кокса в обожженных анодах.

Выводы.

Глава 2. Разработка способа оптимизации состава анодов и сравнительная оценка применения пекового кокса в обожженных анодах.

2.1. Зависимость расхода анодов от общей разрушаемости в СО2, механизм оптимизации состава анодов.

2.2. Сравнительные исследования физико-химических свойств и структурных характеристик пековых и нефтяных коксов.

2.3. Оценка прессовых характеристик и макроструктуры пековых и нефтяных коксов.

2.4. Влияние действительной плотности на свойства анодов при постоянном составе связующей матрицы.

2.5. Повышение химической стойкости лабораторных анодов на основе пекового кокса за счет оптимизации состава связующей матрицы.

2.6 Установление оптимального состава связующей матрицы и разработка требований к обожженным анодам на основе пековых коксов.

Выводы.

Глава 3. Оптимизация состава промышленных обожженных анодов

Новочеркасского электродного завода.

3.1. Результаты лабораторного тестирования и испытаний опытных и опытно-промышленных анодов НЭЗа при электролизе.

3.2. Изготовление при разном давлении прессования лабораторных анодов аналогов промышленным.

3.3. Вибронасыпная плотность коксовой шихты в зависимости от содержания отсева и пыли, свойства обожженных образцов.

3.4. Оптимизация состава анодов НЭЗа.

3.5. Установление оптимального состава анодов НЭЗа.

Выводы.

Глава 4. Промышленные испытания обожженных анодов с различным составом, расчет расхода обожженных анодов и экономического эффекта в зависимости от состава.

4.1. Определение производителя анодов.

4.2. Характеристики и влияние анодов фирмы «Орион» на показатели электролитического получения алюминия.

4.3. Характеристики и влияние на процесс электролитического получения алюминия анодов фирмы «Орион» с оптимальным составом.

4.4. Сравнительный расчет расхода обожженных анодов при электролитическом получении алюминия в зависимости от состава связующей матрицы, экономический эффект.

Выводы.

Технико-экономические показатели (ТЭП) процесса электролитического получения алюминия во многом определяются качеством обожженных анодов (ОА). По разным источникам затраты на ОА в себестоимости алюминия составляют от 15 до 17 %, достигая 25 % [1]. При отлаженных технологических параметрах и приемлемом качестве сырья рецептура влияет на формирование физико-химических свойств анодов [2, 3].

В электродной промышленности главными требованиями к электродам являются высокая электрическая проводимость и механическая прочность. Обожженные аноды в алюминиевом электролизере не только подводят ток, но и участвуют в электрохимическом процессе, сгорая в выделяющемся кислороде. Поэтому для анодов, используемых в качестве восстановителя при электролизе криолит-глиноземных расплавов, важным показателем является их расход. По данным научных исследований и практических результатов на расход ОА влияет междучастичная пористость. Междучастичная пористость образуется при спекании в зависимости от толщины прослойки связующего, которая формируется от количества связующего и пыли с заданной дисперсностью, так называемого состава связующей матрицы (ССМ).

В настоящее время надежный способ оптимизации ССМ ОА путем регулирования толщины прослойки связующего между частицами наполнителя отсутствует, либо является предметом «ноу-хау». Поэтому разработка способа оптимизации состава ОА является актуальной.

Актуальной задачей является также оценка возможности использования в ОА нетрадиционного наполнителя - пекового кокса. Данный углеродный материал по своим физико-химическим свойствам не уступает нефтяным коксам, количество которых с оптимальными характеристиками (низкие содержания золы, серы и т.д.) в последнее время ограничено. Отсутствие опыта использования пекового кокса в качестве наполнителя ОА может привести к потере объемов его производства при переводе устаревших электролизных производств отечественных (Уральского (УАЗ), Богословского (БАЗ), Новокузнецкого (НкАЗ)) алюминиевых заводов на электролизеры, оборудованные обожженными анодами. Поэтому задачи оценки применения пекового кокса в составе шихты обожженных анодов, разработки критериев его подготовки и технических требований к ОА на его основе являются актуальными.

Цель и задачи работы.

Оптимизация состава обожженных анодов на основе коксов различной природы с целью обеспечения их низкого расхода при электролитическом получении алюминия.

В работе решались следующие задачи:

- разработка способа оптимизации состава ОА, основанного на регулировании содержания пека и пыли в зависимости от ее удельной поверхности;

- установление оптимального коэффициента связующей матрицы (Ксвм) для получения состава ОА на основе коксов различной природы с низким расходом при электролизе криолит-глиноземных расплавов;

- оценка возможности применения пекового кокса в ОА со свойствами, не уступающими аналогам на основе нефтяных коксов;

- установление критериев подготовки пекового кокса и разработка технических требований к ОА на его основе;

- создание методики разработки рецептуры, обеспечивающей низкий расход ОА, их приемлемые прочностные и электрические свойства;

- оценка свойств промышленных ОА и технологических показателей процесса электролитического получения алюминия до и после оптимизации их состава;

- анализ расчетного и практического расхода ОА до оптимизации состава и после; оценка экономической эффективности от оптимизации состава анодов.

Материалы и методы исследования.

В работе использованы стандартизированные методы определения физико-химических свойств кокса, каменноугольного пека и обожженных анодов.

Объемно-структурные, прочностные, электрические и прессовые характеристики коксов оценивались по отечественным методикам, применяемым в алюминиевой и электродной промышленности.

Для характеристики плотности коксовой шихты применялась методика определения вибронасыпной плотности (ВНП) [4].

Определение термофизических и дополнительных прочностных свойств ОА производилось по стандартизированным методикам, используемым при технологическом опробовании подовых блоков. Оценка качества промышленных ОА также производилась на основе измерения геометрии новых анодов и огарков, визуального определения чистоты поверхности новых анодных блоков, учета расхода анодов и выхода угольной пены при электролитическом получении алюминия.

Научная новизна работы.

1. Установлена зависимость общей разрушаемости в токе СОг, характеризующей расход анодов, от толщины прослойки связующего между частицами наполнителя.

2. Получена закономерность влияния оптимальной толщины прослойки связующего между частицами тонкой фракции наполнителя обожженных анодов на снижение их расхода при электролитическом получении алюминия.

3. Теоретически обоснована целесообразность применения пекового кокса в качестве наполнителя обожженных анодов.

4. Научно обоснован подход к разработке рецептуры обожженных анодов, основанный на первоначальном получении максимальной вибронасыпной плотности сухой коксовой шихты без добавления пыли и последующей оптимизации состава связующей матрицы.

Практическая значимость.

1. Предложен способ оптимизации состава ОА, основанный на контроле удельной поверхности пыли, определении количества пыли в шихте и заключительной корректировке содержания связующего.

2. Разработаны критерии подготовки пекового кокса для его использования в обожженных анодах.

3. Предложены технические требования к обожженным анодам с использованием пекового кокса в качестве наполнителя.

-74. Рекомендована оптимальная толщина прослойки связующего между частицами наполнителя - для пекового кокса ксв м" = 0,00100 (кг/м2), для нефтяного кокса Ксв м" = 0,00110 (кг/м2), обеспечивающая минимальный расход анодов при электролитическом получении алюминия.

5. Предложена методика разработки рецептуры шихты для получения обожженного анода с его низким расходом при электролизе криолит-глиноземных расплавов.

Достоверность полученных результатов.

Оценка физико-химических свойств коксов, пеков и ОА, дополнительных показателей качества исходного сырья и анодов на их основе произведена на прошедшем метрологическую поверку лабораторном оборудовании аккредитованных лабораторий ОАО «СибВАМИ» (лабораторий производства анодной массы и физико-химических методов исследований) и ОАО «ИркАЗ-СУАЛ» (центральная заводская лаборатория).

Анализ и обработка полученных закономерностей проводились с помощью аналитических и графических методов программы Microsoft Excel.

Достоверность полученных результатов подтверждена использованием статистического и корреляционного методов анализа, сходимостью расчетного расхода анодов с практическими результатами.

На защиту выносятся:

- принцип обеспечения низкого расхода ОА при электролитическом получении

AI, основанный на поддержании состава с одинаковой толщиной прослойки связующего на поверхности частиц наполнителя путем контроля удельной поверхности пыли и корректировки в шихте содержания связующего и пыли;

- способ оптимизации состава обожженных анодов, используемых для получения алюминия;

- критерии использования пекового кокса и технические требования к ОА на его основе;

- методика разработки рецептуры шихты для получения обожженных анодов с минимальным их расходом при последующем электролизе криолит-глиноземных расплавов, основанная на использовании оптимального ССМ;

-8- результаты расчетного и практического расхода ОА при электролитическом получении А1 и экономической эффективности от использования анодов с оптимальным составом связующей матрицы.

Личный вклад автора состоит в проведении исследований на каждом этапе работы; в разработке способа оптимизации состава связующей матрицы и установлении оптимальной толщины прослойки связующего в анодах на основе кок

I . сов различного происхождения; в научном обосновании влияния толщины прослойки связующего между частицами кокса-наполнителя на физико-химические свойства обожженных анодов; в сборе данных и анализе свойств анодов и их поведения при электролитическом получении алюминия; в анализе и расчетном сопоставлении данных лабораторных исследований с результатами промышленных испытаний.

Апробация работы.

Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на II, III, IV региональных, Всероссийских научно-технических конференциях молодых ученых и специалистов алюминиевой промышленности (Иркутск, 2004-2006, 2008), на IV международной конференции «Углерод: фундаментальные проблемы науки, материаловедение, технология» (Москва, 2005), на II международной научно-практической конференции «Металлургия легких металлов. Проблемы и перспективы» (Москва, 2006), на научно-практической конференции «Перспективы развития технологии, экологии и автоматизации химических, пищевых и металлургических производств» (Иркутск, 2010), на кафедре металлургии цветных металлов ИрГТУ.

Публикации.

По материалам диссертации опубликовано 11 печатных работ, в том числе 3 статьи в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 106 источников и двух приложений. Общий объем диссертации: 113 страниц машинописного текста, включая 20 рисунков и 28 таблиц.

Выводы

Корректировка ССМ и технологических параметров производства анодов, выполненная по предложенным фирме «Орион» рекомендациями позволила:

- приблизить Ксв;м- от 0,00156 до 0,00133 кг/м2 к оптимальному уровню 0,00110 кг/м2;

- снизить удельный расход анодов при электролизе на 19,5 кг/т А1;

- уменьшить выход угольной пены на 19,5 кг/т А1;

- достигнуть нормального уровня габаритов и веса огарков (длина увеличена на 10 см до 139 см; ширина увеличена на 9 см до 66 см; высота увеличена на 4 см: до 19 см, обгар снижен на 2,5 см до 1,5 см, вес увеличен на 33 кг до 194 кг); .

- снизить количество.отставаний на подошве анодов с 50 до 5 случаев в месяц;

- уменьшить количество разрушения анодов с 0,6 до 0,1 % от общего количества установленных анодов.

Отличительными чертами откорректированной технологии производства обожженных анодов фирмы «Орион» является:

- - переход на увеличенную максимальную крупность зерен наполнителя с 6 до 8 мм;

- - снижение усилия формования «зеленых» анодов до кажущейся-плотности в

О -э пределах 1,63-1,66 кг/дм , обожженной до 1,58 ± 0,1 кг/дм ;

- - изменение градиента температуры прокалки кокса, с 1150-1350 °С до 12001300 °С и действительной плотности с 2,06-2,11 до 2,07-2,10.г/см3.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе даны решения двум актуальным задачам. Во-первых, разработан способ оптимизации состава обожженных анодов, позволяющий снизить их расход при электролизе криолит-глиноземных расплавов. Во-вторых, получена положительная оценка применения пекового кокса в обожженных анодах, позволяющая определить его рациональное использование при реконструкции устаревших электролизных производств с установкой электролизеров, оборудованных обожженными анодами.

Выполненные в работе исследования позволили сделать следующие научные и практические выводы:

1. Разработан эффективный способ оптимизации состава ОА на основе контроля удельной поверхности пыли и регулировании содержания пыли и связующего, обеспечивающий получение оптимальной толщины прослойки связующего между частицами наполнителя.

2. Экспериментально установлена оптимальная толщина прослойки связующего, соответствующая значениям Ксв м' для анодов на пековом коксе - 0,0010 кг/м2, л на нефтяном коксе-0,0011 кг/м соответственно.

3. Определена принципиальная возможность изготовления-обожженных анодов из пекового кокса с расходом и качеством, не уступающим анодам из нефтяных коксов.

4. Применение пекового кокса в качестве наполнителя ОА и получение приемлемых объемно-структурных, электрических и механических свойств анодов достигается при использовании крупности зерна до 15 мм и действительной плотности в пределах 1,98-2,00 г/см . С учетом установленных критериев подготовки кокса1 разработаны технические требования к ОА на его основе.

5. Предложен научно обоснованный подход к разработке рецептуры ОА с минимальной Ор в токе СОг, достаточной прочностью и электропроводностью. Подход основан на подборе коксовой шихты без добавления пыли с максимальной ВНП И' последующей оптимизации состава до получения экстремальной зависимости Ор в токе С02 от толщины прослойки связующего.

-1036. Оптимизация состава ОА «Орион» (Китай) до достижения значения Ксвм' 0,00133 кг/м обеспечила снижение расхода анодов при электролитическом получении алюминия на 19,5 кг/т А1, выхода угольной пены на 19,5 кг/т А1 и длительности замены анодов с 44 до 34 мин на каждую операцию, что подтверждено Актом промышленных испытаний на электролизерах ОА-ЗООМ2 на Иркутском алюминиевом заводе (Приложение 2). 7. Применение ОА с оптимальным составом позволяет уменьшить их расход в процессе электролиза криолит-глиноземных расплавов на 20-40 кг/т А1 до уровня 535 кг/т А1. Снижение расхода ОА на 20 кг обеспечивает экономический эффект до 130 млн. руб. для цеха электролиза производительностью 160 тыс.т алюминия в год.

1. Keller F., Mannweiler U., Knall E. Constructing and Operating Anode Plants: What the Top Management Needs to Know // VI Arab Intern. Conf. Arabal. Cairo. 1993. 263 p.

2. Perruchoud R., Hülse К., Fisher W. Dust Generation and Accumulation for Changing Anode Quality and Cell Parameters // Light Metals. AIME. 1999. P. 509-516.

3. Mannweiler U. Anode Manufacturing: An Introduction // Anodes for the Aluminum Industry. R&D Carbon Ltd. Publication, 1995. 187 p.

4. Янко Э.А. Аноды алюминиевых электролизеров. М.: Руда и Металлы, 2001. 670 с.

5. Gjotheim К, Welch В. Aluminum Smelter Technology. 2nd Ed. Aluminum Verlag. -Dusseldorf, 1988. P. 37-50.

6. Foosnaes Т., Naterstad Т. Carbon: Basics and Principles // Introduction to Aluminum Electrolysis. Aluminum-Verlag. Dusseldorf, 1993. 206 p.

7. Meier M. Cracking Behavior of Anodes: PhD Thesis; Federal Institute of Technology. -Zurich., 1996. 265 p.

8. Kuang Z. On the Consumption of Carbon Anodes in Aluminum Electrolysis: PhD Thesis; the Norwegian Institute of Technology. Trondheim., 1994. 191 p.

9. Крылов B.K II Тр. ЛТИ им. Ленсовета. Вып. XXXIII. 1955. 167 с.

10. Каждан Я.С. Технология электродов. -М.: Металлургиздат. 1941. 175 с.

11. ELKEM a/s Research / Schreiner Н., Sorlic М., Goltermann Р. et al. II Light Metals. AIME. 1996. P. 507-514.

12. Sadler B. An Investigation into Reducing the Consumption of Carbonaceous Anodes during Aluminium Electrolysis: PhD Thesis; University of Queensland. Australia., 1989. 262 p.

13. Руэ/севская JI.H., Гуйчина О.Г., Коченда JI.B. Определение оптимального количества связующего при производстве угольных изделий II Сб. науч. тр. НИИГРАФИТ. М. 1984. С. 56-82.

14. Садлер Б. Углеродные Заводы в 2014 году Какие Возможности?: Пер. с англ // Материалы VIII Австралийско-Азиатской конф. 1998. С. 48-49-10515. Stokka P., Skogland I. Soderberg paste. Effect of fine fraction variations // Light Metals. AIME. 1990. 521 p.

15. Vidvei Т., Eidet Т., Sorlie M. Paste granulometry and soderberg anode properties // Light Metals. AIME. 2003. 569 p.

16. Jarry M. Elaboration des Anodes Precuites en Carbon Agglomere pour Industrie de Aluminium: PhD Thesis; University Scientificue et Medicle de Grenoble. France, 1977. 321 p.

17. Хале K.JI. Производство анодов // Перевод с англ. Красноярск : ООО «Классик центр», 2004. 452 с.

18. Колодин Э.А. Разработка и освоение технологии специализированного производства крупногабаритных анодов: Автореф. дисс. на соиск. уч. степ, доктора техн. наук. Ленинград, 1987. 40 с.

19. Turner N. Recent Trends in Bender Pitches for Reduction Anodes // Journal of Metals. November 1993. P. 269-276.

20. Proulx A. Optimum Binder Content for Prebaked Anodes I I Light Metals. AIME. 1993.657 р.

21. Чалых В.И. Исследование влияния гранулометрического состава сухой шихты анодной массы на расход самообжигающегося анода при электролитическом получении алюминия: Дис. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук. Иркутск, 1975. - 120 с.

22. Funk J., Dinger D. Predictive Process Control of Crowded Paniculate Suspensions // Kluwer Academic Publishers, Sections 1-3. 1994. P. 19-277.

23. Fisher W., Perruchoud R. Bench Scale Evaluation of the Mechanical and Chemical 3ehavior of Coke in Anode Manufacturing // Anodes for the Aluminum Industry. -R&D Carbon Ltd. Publication, 1995. P. 93-101.

24. Изучение влияния пористой структуры анода на его свойства / Свердлин В.А.,

25. Дыблин Б.С., Колодин Э.А. и др. // II Советско-Канадский Симпозиум (1975,t

26. Ленинград): доклад для прочтения. Ленинград : ВАМИ, 1975. Р. 21-32.

27. Adams A., Mathews J., Schobert Н. The Use of Image Analysis for the Optimization of Prebaked Anode Formulation // Light Metals. AIME. 2002. 98 p.

28. Perruchoud R., Meier M., Fisher W. Coke Characteristics from the Refiners to the Smelters // Light Metals. AIME. 2000. P. 459. % !

29. Fisher W., Perruchoud R. Influence of Coke Calcining Parameters on Petroleum Coke Quality//Light Metals. AIME. 1985; P. 811.

30. RorvicS., Oye H., Sortie M Characterization of Porosity in Cokes'by Image Analysis //LightMetals. AIME. 2001. 603 p.

31. Tillmanns H., Pietzka G., Pauls H. Influence of the Quinoline Insoluble Matter in Pitch on Carbonization Behavior and Structure^ of Pitch Coke // Fuel. - March; 1978. 264p.

32. Belitskus D., Krupinski K. Designed Experiment for Effects of Normal QI, Carry over QI; and Beta Resin in Pitch on Prebaked Anode Properties: Part I // Light Metals. AIME. 1995. 583 p.

33. Belitskus D., Hill W. Properties of Bench Scale Anodes Produced Using Binder Pitches Varying in Primary and> Secondary QI-Contents // Light Metals. AIME. 1990.• 577 p. .,

34. Romovacek G. The Impact of the Change of Coal Carbonisation and Tar Distillation

35. Technology on the Properties of Industrial Pitches // Light Metals. AIME. 1985. 793 p.

36. Belitskus D., Danka D. A Comprehensive Determination of Effects of Calcined Petroleum Coke Properties on Aluminum Reduction Cell Anode Properties,// Light1. Metals. AIME. 1989.429 p.

37. Влияние дисперсности тонкого помола на формирование пористой структуры и свойства углеграфитовых материалов / Мохова Н;Н., Молоток Н.П., Оренбах М.С. и др. // Сб. науч. тр. НИИГРАФИТ. -М., 1979. 279:с.

38. Coke Quality Effect on the Grinding in an Air Swept'Ball Mill Circuit / Chmelar J., Foosnaes T., Oye H. et al. // Light Metals. AIME. 2005. 647 p;

39. Finer Fines in Anode Formulation / Figueiredo F., Kato G., Nascimento A. et al. H Light Metals. AIME. 2005. 665 p.

40. Moller T. Fines Production for Anode Manufacturing // Light Metals. AIME. 2005;■ ■ ■ fi 1653 p. . ' ;

41. Шеррюбле В.Г., Селезнев A.H. Пековый кокс в,углеродной^ промышленности. -Челябинск : Издатель Татьяна Лурье, 2003. 296 с.

42. Hume S. Influence of Raw Material Properties on the Reactivity of Carbon Anodes Used in the Electrolytic Production of Aluminum: PhD Thesis; The University of Auckland. New Zealand., 1993. 206 p.

43. Ведерников Г.Ф., Потоков В.В., Лещенко Т.А. Исследование связи между технологическими параметрами производства и • свойствами анодной: массы // II; Советско-КанадскишСимпозиум (1975,. Ленинград) Ленинград : ВАМИ, 1975: Р. 25-36.

44. CarbothermalProduction of Aluminum / Grotheim К., Kvande H., Motzfeldt К. et al. // Aluminum Verlag. - Dusseldorf., 1988. 245 p.

45. Hardin E., Beilharz C-, Melvih L. A Comprehensive Review Of The Effect Of Coke Structure And Properties When. Calcined At Various Temperatures // Light Metals. AIME. 1993. 501 p.

46. Кондрашенкова Н.Ф., Ружевская Jl. H., Устиновская Л.Г. Влияние дисперсности наполнителя на теплопроводность и. прочность углеграфитового обожженного материала // Сб. науч. тр. НИИГРАФИТ. М., 1985. С. 228-240.

47. Павловский AiM., Кондрашенкова ШФ. Совершенствование рецептуры угле-графитовых материалов // Сб. науч. тр. НИИГРАФИТ. М., 1985. С. 19-21.

48. Fisher W. The Independence of Pitch Content, Dust Fineness, Mixing Temperature and Kind of Raw Materials Formulation // Light Metals. AIME. 1980. 873 p.

49. Gyoerkoes T. Some Aspects of Prebaked Anode Manufacture // Light Metals. AIME. 1971.377 p. ;-108- ;-ii'

50. A Method and Instrument for Automatic Measurement of Anode Slumping / Romova^ сек G., Buxton J., Pascoe F. et al. // Light Metals. AIME. 1986. 639 p.

51. Buhler U., PerruchoudR. Dynamic Process Optimization // Light Metals. AIME. 1995.707 p.

52. Fisher W., Perruchoud R. Practical Applications of Binder Matrix Torque Measurement Using a Plastograph Laboratory Mixer // Anodes for the Aluminum Industry. — R&D Carbon Ltd. Publication, 1995. P. 183-192. : i

53. Coste B. Improving Anode Quality by Separately Optimising Mixing and Compacting Temperatures//Light Metals. AIME. 1988. 247 p.

54. Wright K., Peterson R. Pitch Content Optimization Model for Anode Mixes // Light Metals. AIME. 1989. 479 p.

55. Benton M. Anode Mix Pitch Demand // Light Metals. AIME. 1990. 657 p.

56. СюняевЗ^И.Нефтяной углерод. -M.: Химия; 1980. 384 с.

57. Сюняев З.И. Производство и облагораживание нефтяного кокса. — Mi: Химия, 1973. 423 с. ,

58. Fisher W.K. PerruchoudR.C. Oriqinal Publication // Liqht Metals. 1985. P.811-824.

59. Perruchoud R. С Fisher W.K. Oriqinal Publication // Liqht Metals. 1991. P.581-584. 60: Fischer W.K.,. Perruchoud R.C. Test Methods for The Determination of Prebaked

60. Anode Properties-RDC Internal Publication, 1992. 243 p.

61. Meier M. W., Fischer W.K., Perruchoud R.C. Light Metals, 1994, P. 685-694.

62. Characterizing Anode Properties by Quality Figures / Keller F., Kooijman A.À., Fischer W.K. et al. //Light Metals. 1990. P. 479-483.

63. Marsh H. Introduction to Carbon Science. London : Butterworths, 1989. 463 p.

64. Аюшин Б.И. Изучение давления, состава и количества газов в анодах алюминиевых, электролизеров: Автореф. дисс. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук. -Ленинград, 1974. 26 с. '

65. Sadler В., Welch ВHume S. Anode Consumption Mechanisms // 5 Australiani

66. Process Adaptations for Finer Dust Formulations: Mixing and Forming / Hulse K., Perruchoud R., Fisher W. et al.// Light Metals. AIME. 2000. p. 467.

67. Fisher W., Keller F, Mannweiler U. II Aluminum Today. Aug./Sept., 2000.

68. Все что вы хотели знать о нефтяном коксе / Ондер Н., Ветцикон Г., Бандаян Э. и др. // Справочник. Precision Printers, 1993. 142 с.

69. Оуе Н. Materials Used in Aluminum Smelting // Light Metals. AIME. 2000. 3 p.

70. Шеррюбле В.Г. Освоение технологии производства ядерных графитов на основе прокаленного пекового кокса на ОАО «ЧЭЗ». Цветные металлы, 2003. №11. С. 26-30.

71. Получение и промышленное использование коксов изотропной структуры на основе сланцевых смол / Бейлина Н.Ю., Петрович Н.И., Селезнев А.Н. и др.. -Цветная Металлургия, 2005. №4. С. 27-30.

72. Клименко А.А., Самойлейченко А.И., Филиппов Л.И. Высококачественный конструкционный графит на основе сланцевого кокса. — Цветные металлы, 2005. №2. С. 34-36.1

73. Technology for Needle Coke Production from Coal Tar Pitch. (Mitsubishi Chemical Industries Ltd.) // Перевод с англ., ГосНИИЭП. Челябинск 1981. 11 с.

74. Структура и свойства пекового кокса заводов России / Селезнев А.Н., Свиридов А.А.,. Подкопаев С.А. и др.. Цветные металлы, 2004. №4. С. 41-43.

75. Питюлин И.Н. Исследование в области получения пекового кокса методом замедленного коксования: Автореф. дис. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук. — Харьков, 1975. 22 с.

76. Селезнев А.Н., Шерюббле В.Г. Технология получения низкотемпературного пекового кокса изотропной структуры. Цветная металлургия, 2001. №7. С. 5-9.

77. Красюков А.Ф. Нефтяной кокс. М. : Химия, 1966.

78. Савина А.Н., Кокорина И.Ш, Шестакова О.В. Оптимизация состава связующей матрицы и разработка способа управления им с целью повышения качества обожженных анодов //Цветная Металлургия. 2009: №6; С. 14-18. ^

79. McClung М, Ross I.R., Cnavanec G. Century AT of West Virginia // Light Metals. A1ME. 2000.-479-573 c.

80. Ласукова Л.П., Гребенкин А. ф., Жуйкова JI.B. Пути совершенствования контроля качества углеродного сырья и материалов, используемых при электролитическом производстве алюминия.-М. : ЦНИИЭИЦМ, 1986. -60 с.

81. Meier М.у Fischer W.K., Perruchoud R.C. Thermal Shock of Anodes a Solved Problem? I I Light Metals. AIME. 1994. 685 p.

82. InglisC. Stress in a Plate due to the Presence of Gracks and Sharp Corners // Trans Inst. Naval Azchitects, 1913. P. 219-241

83. Griffith A. The Phenomena of Rupture and Flow in Solids // Phil. Trans.,Series A, 1920. P. 163-198. ;

84. Brown Rhedy P. Characterisation of Prebaked Anode Carbon by Mechanical and Thermal Properties // Light Metals. AIME. 1975. 253 p. ;b

85. Schmidt-Hatting W., Kooijman A., Van den Bogerd: Sensitivity of Anodes i for Electrolytic Aluminium Production to termal Shockes // Light Metals. AIME. 1988. 253 p.

86. Keller F., Kooijman A., Fischer W. Characteriring Anode Properties by Quality Figures// Light Metals. AIME. 1990. 479 p.

87. Kummer E.y Schmidt-Hatting W. Thermal Shock in Anodes for the Electrolytic Production of Aluminum // Light Metals! AIME. 1990. 485 p.

88. Расширение области применения пекового кокса /Мордухович Б.Ш., Рабин П.Б., Денисов Ю.Л. и др. // Кокс и химия. 2004. №8. С. 10 13.

89. Fischer W. Anodes // The 9th International course in Process Metallurgy of Alumii'num, Chapter 16. Trondheim. Norway, 1990. P. 47-49. ' t

90. Hume S., Perruchoud R., Fischer W. Gas Reactivity Testing of Raw Materials and Anodes Used in the Aluminum Industry // Journal of metals. February, 1994: 445 p.

91. Fischer W., Perruchoud R. Test Methods for the Determination of Anode Grade Calcined Petroleum Coke Properties // Anodes for the Aluminum Industry. R&D Carbon Ltd. Publication, 1995. 347 p.

92. Meier M. Dynamic Process Optimization in Paste Plant // 2nd International Carbon Conf. Kunming (17-19 Sept. 2006) R&D Carbon Ltd. Publication, 1995. P. 83-92.

93. Fisher W.K., Perruchoud R.C. Interdependence Between Properties of Anode Butts and Quality of Prebaked Anodes // Liqht Metals. 1991. P. 721-724.

94. Schmidt-Hatting W., Kooijman A.A., Perruchoud R. Investigation of the Quality of Recycled Anode Butts // Liqht Metals. 1991. P.705-720

95. Изучение возможности применения пекового кокса в производстве обожженных анодов / Лазарев В.Д., Савина А.Н., Лазарев Д.Г. и др. // Цветные Металлы. 2007, №5. С. 44-47.

96. Савина А.Н. Качество обожженных анодов, поставляемых на отечественные алюминиевые заводы, их расход в процессе электролиза и оценка эффективности использования // Цветные Металлы. 2007, №4. С. 84-87.t

97. Будзинский A.C., Авраменко П.В., Филимонов Б.А. Методы определения оптимального содержания связующего в коксо-пековых композициях // Цветные металлы. Июль, 1984. 326 с.

98. Лазарев В.Д., Янко Э.А., Анохин Ю.М. Корреляционные связи свойств коксов и анодной массы. — Цветные металлы, 1982. №1. С.49-50.

99. Фиалков А. С. Формирование структуры и свойств углеграфитовых материалов. -М.: Металлургия, 1965. 287 с.