автореферат диссертации по металлургии, 05.16.03, диссертация на тему:Разработка научных основ и технологии производства алюминия на электролизерах большой мощности

~ о 3 3

Министерство науки, высшей школы и технической политики Российской Федерации

м » ч

Санкт-Петербургский ордена Ленина, ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени Горный институт им. Г. В. Плеханова

На правах рукописи

КРЮКОВСКИЙ Василий Андреевич

РАЗРАБОТКА НАУЧНЫХ ОСНОВ И ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА АЛЮМИНИЯ НА ЭЛЕКТРОЛИЗЕРАХ БОЛЬШОЙ МОЩНОСТИ

Специальность 05.16.03. «Металлургия цветных и редких металлов»

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук (в форме научного доклада)

Санкт-Петербург 1 992

____Р0СП'1> > ' -

гЕг«л ГОСУД.,! ......

Работа вьНо^н^на"'в4 научно-производственном объединении «Всероссийский научно-исследовательский и проектный институт алюминиевой, магниевой и электродной промышленности».

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор ШАЛЫГИН Л. М.; доктор химических наук, профессор ЛЕБЕДЕВ В. Д.; доктор технических наук, профессор ЦАПЛИН А. И.

Ведущее предприятие — Институт электрохимии УрОРАН.

Защита диссертации состоится « » ?г

в . час. 3.0. . мин, на заседании специализированного совета Д.063.15.09 при Санкт-Петербургском горном институте им. Г. В. Плеханова по адресу: 199026, С.-Петербург, 21-я линия, д. 2, ауд. .63.<?0

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского горного института им. Г. В. Плеханова.

Автореферат разослан » _199^г.

Ученый секретарь специализированного совета, к. т. н., доцент

А. К. Орлов

ВВВДЕНИЕ

АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ.

Эффективность производства алюминия электролизом криолп-то-глинозешшх расплавов определяется техническим уровней электролизеров для производства алюминия, их технологией, доступностью энергетических и сырьевых ресурсов.

Во всех случаях, учитывая, что существующая технология сохранит ведущее положение в ряду других известных по ценыпей мере до напала третьего тысячелетия, актуальность совершенствования ее представляется несомненной. Более того непрерывное увеличение объемов потребления ц производства алюминия в народном хозяйстве делает это направление приоритетным.

При этом интенсивный характер развития алюминиевой про>шга-леаностк, основывающийся на применении козого поколения электролизеров - большой единичной мощности и автоматизированных технологий их эксплуатации, является более предпочтительным, чей экстенсивный, поскольку в первом случае экологические проблемы современных алюшпшевых заводов решаются с меньтпии затратами ( по данным фирмы Алю'уипиум Пеганне на 10 % }.

Однако разработка и эксплуатация таких электролизеров невозможны без развития научных основ технологий, освоения более совершенных ' методов их расчета и проектирования.

В ряду проблей, которые необходимо при этой решить, главной является рациональная организация гидродинамики жидких сред (электролита и алюминия) в ванне.

В общем случае движение электролита н металла характеризуется наличием свободной и вынужденной конвекции. Свободная конвекция обусловлена нскзотермичмостью ванны и наличием градиентов концентрации вследствии протекания электродных процессов и конечного значения скорости переноса тепла и массы. Она слаборегулиру-ема, не оказывает решающего влияния на показатели процесса, и поэтому в дальнейшем не рассматривается .

Вынужденная конвекция является результатом взаимодействия газогидродинамической (ГТД) и магиитогадродинампческой (МГД) составляющих. Сложность их исследования в электролизерах состоит в том, гго они оказывают различное, зачастую противоречивое влияние на процессы, протекающие в агрессивных расплавах и при высоких температурах. Во многом вследствие недостаточной изученности гэдродинашми заннн показатели отечественных серий электролиза уступали показате-ш работы ведущех зарубежных фирм по производству алюминия.

Исходя из вышеизложенного, можно констатировать, что развитие тучных основ технологии производства алюминия как базы для разработки и проектирования высокоэффективных и экологически более чяс-■ых отечественных олехтролиэеров большой единичной мощности являйся актуальной задачей алюминиевой промышленности.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. ,

Разработка научных оспов конструирования электролизеров большой мощности на базе современных представлений тепло- и массопе-реноса в расплавленных солях, с использованием методов физкческого-моделированая, а также широкое внедрение н производство нового поколения автоматизированных электролизеров и усовершенствованной технологии электролитического производства алюминия.

НА ЗАЩИТУ ВЬШОСИТСЯ.

1. Научно обосготгшая концепция разработки конструкции и технологии нового поколения автоматизированных электролизеров на силу тока до 300 кА, включающая новые технические решения цо катодному устройству, схемам ошиновки и токсшдвода, новые технологические процессы производства лигатур и сплавов.

2. Развитие теоретических положений о :

- гидродинамике расплавов в электролизере, обусловленной электрохимическим выделением газа и его перемещением по поверхнос •га апода;

- структуре газонаполненного слоя, скоростях перемещения по аноду и всплыв пня я пузырьков в зависимости от их размеров и реки на двухфазного течения;

- механизме формирования поля скоростей жидкой фазы и влиянии характеристик двухфазного течения на показатели процесса.

3. Механизм растворения и переноса оксида алюшшия в расплаве; анализ пола концентрации и связи его со скоростью течения расплава; методики определения поля концентрацкий и скоросте! расплава в электролизерах.

4. Механизм формирования МГД-течения и его влияние на процессы переноса в электролизерах богатой мощности; закономерное« формирования индукции магнитного поля и распределения составляю

-щих плотности тока в зависимости от технологических параметре] конструктивных решений электролизера и др.

5. Результаты выполненных исследований тепло- и массоперено-са п расилтее электролизера, представленные в виде пакета прикладных программ для расчета характеристик процесса и вычислительного эксперимента на РС и являющиеся составной частью САПР "Элек тролиаср".

МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

Методологической основой работы явились исследования, прово димые в лабораторных условиях, с последующей проверкой результатов исследований на полупромышленных и промышленных электролиз рйХ.

Лабораторные эксперименты осуществлялись с использованиям современных методик и оборудования. При изучении гидродинамики алюминиевого электролизера на физических моделях использовались эизуальные наблюдения с хронометражем, кинофотосъемка, метод знесения меток в объем раствора и исследование лазерный допле-зовским измерителей скоростей. Определение электрохимических характеристик проводилось с помощью метода кривых выключения, галь-заностатического и потенциоданамкческого методов.

Для изучения гидродинамики на промышленных электролизерах быта разработаны специальные методики и установка. Применялся метод зпределения газоиаполнепия с помощью автоматической записи 1з«енеш1я уровня электролита и скорость течения расплава по зеремещешш графитового поплавка. Скорость движения жид-юго алюминия определялась методом растворения, прутков, прессо-заиных из химически чистого келеза. Измерения индукции магнитного холя в промышленной электролизере проводили с помощью гауссиетра Ш-1220 с погрешностью измерения ¿2%.

Для теоретических обобщений широко использовались современ-ше методы математической статистики, математического моделирова-жа и вычислительного эксперимента.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА.

Исследование газогидродинаыпческих' характеристик на моделях и зромышлешшх электролизерах { гаэосодержапие, размеры и скорости 1уэырьков , поле скоростей жидкой фазы и др. ) впервые позволили эаскрнть закономерности возникновения и развития течения двухфазных газо-жидкостных потоков и оцепить ¡и влияние на электро-¡опротивлепие мегсэлектродиого пространства, а также на динамику шектролита и алюминия я ванне и состояние границы раздела ыеталл-электролит".

Разработана методика и обобщены экспериментально установленные мрактеристики растворения оксида алюминия в расплаве (поле концен-■раций в пространстве меаду анодом и бортом, в НЭП) в зависимости от ■ипа электролизеров и скорости течения расплава, разработана. Пред-южена математическая модель растворения оксида алюминия в расплаве, 'читывающая одновременное протекание процессов растворения, переноса I потребления.

На базе выполненных исследований предложена концепция распреде-тения индукции магнитного поля и составляющих плоскости электри-геского поля в зависимости от конструктивных решений и технологи-¡есшх параметров. Выполнена оценка влияния МГД процессов на ско-зость течения расплава и алюшшия в электролизерах большой мощ-юсти.

Разработаны оригинальные математические модели и выполнены соютпексные исследования тепловых, электрических и ЫГД - характеристик основах типов существующих и проектируемых электролитов. Результаты исследований использованы при подготовке программ для проектирования электролизеров, являющийся составной ¡астью САПР Электролизер".

Предложены, обоснованы и сформулированы концепция и конкретные "ребовапия к разработке конструкций И технологий нового поколения »лектролизеров па силу тока до 300 кА.

- в -

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕНЙОСТЬ.

На основе выполненных натурных и модельных исследований, нс-польяовалия методов математического и вычислительного эксперимента, разработав и использованы при проектирования промышленных электролизеров прпндшгы оптимизации индукции магнитного пола, составляющих плотности тока и скоростей металла и электролита в &авис»мооти от конструктивных особенностей и схем ошиновки, конструкции и компановки катодного устройства, силы тока и ее распределения, размеров и геометрии анода и катода. Результаты исследований стали основой для создания и освоение пакета прикладных программ отраслевой системы проектирования САПР "Электролизер".

Проведенные исследования позволили разработать и внедрить в промышленность новые конструкции электролизеров на силу тока 175-255 кА с поперечным расположением их в корпусе. Электролизеры оснащены современники автоматизированными системами управления технологическим процессом раздачи и питания ванн глиноземом.

Разработаны и внедрены новые технические решения по конструкции катодной ошиновки электролизеров с обокжешшми анодами [ОА) на силу тока до 300 кА, катодных устройств электролизеров с самообжигаювщмиси и обожженными анодами различной мощности.

Экономический эффект, полученный от внедрения новых технологических процессов и технических решений, составил (в ценах 1990г.) более 1,4 ыш.руб. в год.

Основная часть работы выполнялась по плану ГКНТ СССР в рамках научно-тсХЕИческой программы 0.09.07.04 "Создать и отработать в опытно-промышленных условиях технологический процесс производств« алюминия в мощных электролизерах, оснащенных средствами автоматизс цип, новыми гапеми: ошиновки, механизмов автоматизированного цитани глиноземом, катодных устройств, средств обслуживании электролизеров" , основание - распоряжение Совета Министров СССР N 2168 от 2В.10.Бв г.. Постановление ГКНТ N 535 от 31.12.66 г.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ.

Основные положения работы докладывались на: VII Всесоюзной конференции по физической химки ионных расплавов (Свердловск, 1979), Всесоюзной конференции пс электрохимии (Москва, г?82), на Международном конгрессе (Нью-Дели, 1982), V конференции социалистических стран по химии раенлавлегагых солей (Киев, 1984), V Всесоюзном семинаре по математическому моделированию (Уфа, 1984), Всесоюзных совещаниях по магнитной гидродинамике и математическому моделированию процессов тепло- и массопереноса (Москва, 1987; Волхов, 1988; Ленинград, 1989, 1990; Рига, 1990); научно-практических семинарах по электрохимии редких и цветных металлов (Апа-титы.1956); международных конференциях АМЕ, США, 1990 Г..1Р92 г и др

ПУБЛИКАЦИИ.

По теме диссертации опубликовано 35 печатных работ, получено Я иорских свидете;дств на изобретение.

СТРУКТУРА РАБОТЫ.

Диссертация представляет собой обобщенное изложение (научный жлад) результатов рансо выполненных исследований и включает в :<5я 42 страница машинописного текста, содержит 4 таблицы и ) рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Состояние теории и практики процесса электролиза.

Достигнутые в последние годы показатели работы электролизе->в характеризуются следующими значениями: сила тока - до 300 кА, 1Сход электроэнергии - 13200-16000 кВт.ч/т,- выход по току (в за-¡симости от типа анода, конструкции ошиновки и особенностей тех-(логии) - 65-95%.

Главной причиной отклонения в выходе по току от 100% являет-[ образование субионов алюминия и металлического натрия на като-¡. Вследствие гидродинамической конвекции катодные продукты пе-. ¡носятся к аноду, окисляются газа ми или электрохимически и без->звратно теряются, снижая тем самый коэффициент использования пса.

Разработанная на основе этих представлений модель предпола-ет наличие достаточно турбулизов&нной жидкости (электролита) в ¡ъеме межэлектродного пространства (МЭП) и локализацию сопротив-¡ния иассопереносу в тонких ламинарных пограничных слоях (диффу-:оиных слоях Нернста), на поверхности катодного металла и пу-грьков, выделяющихся на аноде.

Если учесть, что скорости растворения алюминия и взаимодсйс-ия его с анодными газами высоки, а содержание газа в электропина несколько порядков меньше, чей алюминия, то проблема обес-:чения высокого выхода по току сводится к поддержанию высокого противления иассопереносу растворенного алюминия, одним из воз->жных способов которого является увеличение расстояния между ка-дом и анодом.

С другой стороны для снижения расхода электроэнергии, необ-днмо уменьшить расстояние ыеясду электродами.

Одним из путей решения этого противоречия может быть улучте-[е гидродинамической обстановки в ЫЭП: уменьшение скорости течо-[я металла и электролита до величины, обеспечивающей минимально обходимый перенос тепла и оксида ешюминня; уменьшение поверх-сти контакта металла с электролитом (путем поддеряшния плоской рмы границы раздела металл-электролит) и др.

~ а -

По существу задача сводится к тому, как управлять диффузионным слоем в сложной гидродинамической обстановке, складывающейся в НЭП высокотемпературной электролитической ванны в результате взаимодействий потоков жидких и газодой фаз.

Гидродинамическая обстановка в ванне описывается уравнениями движения Навье-Стокса и уравнением непрерывности:

где У -скорость, р -платность, I -врека, /¿-дкиаиичесия вязкое«,

q -ускорение свободного падения, Р -электроитштние силы.

Решение энгх уравнений, даже с учетом несжимаемости жидкости и пренебрежения терио- и бародиффузионными эффектами, представляется веста сложной задачей, особенно если учесть неопределенность грант/них условий, разнообразие физико-химических и теплофизических свойств трехфазной системы в условцрх высокотемпературного электролиза.

Невозможность строгого решения уравнений движения и непрерывности не позволяет найти зависимость скорости течения электролита и металла от градиентов давлений, создаваемых ростом пузырьков и электромагнитными силами. Исторически скорость течения расплава долгое время связывалась только о процессами выделения и схода пузырьков с поверхности анода (Абрамов, Бухбиндер и др.), что действительно имела место при малых токах.

Б их работах были получены первые результаты измерения поля скоростей, газосодер«пнии и других параметров для подпой модели магниевого электролизера . (с вертикальным анодом) и установлены качественные зависимости потерь металла от величины удельного га-эовыделения.

Однако последующее увеличите единичной мощности электролизера, которое было и остается наиболее рациональным способом повышения эффективности производства алюминия, потребовало более глубокого изучения гидродинамика электролизера, в т.ч. с раздельной оценкой влияния гозогидродинаммческой и ыагнитогидродннами-ческой составляющих конвекции.

Сложность и трудоемкое гь исследований гидродинамики на промышленных олектролизерах и физических моделях побудили к разработке более современного и экономичного метода исследований - математического моделирования процессов тепло-, электро- и иассопе-реноса. Разработка и освоение программ расчетов я вычислительны! эксперимент в сочетании с исследованиями гидродинамики на физических моделях п промышленных электролизерах составили цонтраль-иую часть работы.

Вторая ткная задача состояла в разработке научиообоснован-ной технологии процесса электролиза н автоматизированной режиме и усовершенствовании конструкции электролизера. Специфические уело-

р + ¡ИГ = -7Р + рД*+/>я+-Р

(1)

(2)

ввя эксплуатации электролизеров большой мощности с обожженными анодами (ОА), ток иа каждом из которых может существенно изменяться во времени, и обусловленная этим повышенная, по сравнению с электролизерами Сэдерберга, чувствительность к колебаниям тока, локальным изменениям величины МЭП и уровня металла способны вызвать МГ^ - неустойчивость ванны. Этому способствует также наличие "осадков иа подине, образующихся в случае применения труднораст-поркмого оксида алюминия (*мучнистого* типа).

Опит освоения всех типов электролизеров с ОА, начилая с силы токе 100 кА, показывает, что их эффективная эксплуатация возможна только при постоянном поддержании хестко регламентировашшг параметров, таких ках сила тока, меяэлектродаое пространство (МОП), уровни металла и электролита, концентрация глинозема, температура расплава и др. Для электролизеров большой мощности реализация такого регламента представляется немыслимой без автоматизированных систем управления, а алгоритмы таких систем должны основываться на современных представлениях о процессах тепло- и массоперепоса.

Гаэогндродинамическяе течения возникают в результате электрохимического выделения, роста и движения пузырьхоэ по поверхности электрода.

В зависимости от величины удельного газовыделения, смачиваемости, структуры электрода и состояния его поверхности, физико-химических свойств расплава и газа реализуется один из трех основных режимов двухфазного течения: пузырьковый, переходный и пленочный, гарахтериэуемыо различными размерами, скоростями и степенью заполнения пузырьками поверхности электрода.

Гидродинамика алюминиевого электролизера изучалась на физических моделях с использованием методов теория подобия. Выделение СОг и СО в криолиго-глиноземпом расплаве моделировалось олектрохи-мическим выделением С18 в расплаве МаС1-КС1-РЬС12 (модель К 1), продувкой воздуха в керосине и азота в растворах К! или 2пС1 г (модели N 2 и N 3}, Для качественных оценок использовались электрохимические ячейки, в которых выделялся 0г из раствора СиБО^: СО и С0в из криолито-глинозеыного расплава. Исследования проводили« с использованием хилофотосьеики со скоростью 32 кадра/с.

Критерия подобия, па основе которых моделировалось течение жидкости и газа, рассчитывались та функционально! зависимости: )

г. ИССЛЕДОВАНИЯ ГИДРОДИНАМИКИ НА МОДЕЛЯХ.

где: V -удельное газовыделеппе;

О -поверхностное натяжение; • V,/) -кинематическая вязкость и плотность; а,Ь,1 - геометрические размеры моде/га;

Ч --ускорение силы тяжести

Численные значения критериев подобия, основных технологических и конструктивных параметров натуры и моделей приведены в таблице 1. При расчете критериев подобия для МЭП в качестве определяющего размера принималась полрщгрияа анода 1 (длина пути схода газов), для пространства борт-анод (ПВА) - глубина погружения Ь..

Параметры и критерии подобия

•____Таблица 1.

N Каикеноваиие Натура Модель

в/а ■ N 1 К 2 N 3

1 Характерный размер, ],см 40 10' 17 5

2 Глубина погружения анода,h,си 15 7,5 7.5 2,0

3 Уделшое гаэовиделепие.исм/с 0,31 0,84 1,68 0,33

4 Частота схода пузырьков^,i/c 0,71 1,42 ' 1,72 1,72

5 Плотности ) газа о г/см' ) зптР0лэта Р ,г/ ( металла 0,34,10"3 0,69.10-' 1,16.10-® 1,2.10-®

2,09 1,81 0,65 1,50

2.30 • 10,54 0,99 2,90

в Вяэяоеть, \ гиа 0,15 0,55 0,68.10"* 0.15 0,15

V сиг/с ) электролита ' ( кеталла 1,29.10""* 3,0.10'* 0,63.1Гг

0,35.10" 0,10.107 1,0.10 -г 0,34.ИГг

7 Поверхност. < газ-электролит 1455.10' 105.10 29,40.10' -

натяяс„ДИцЛ|( электролит-газ 459.10' 442.10® - —

8 Ыеясолехтродиое пространство

Ее 460 ' 477 476 457

¥е 0,028 0,061 0,77 . 0,052

Ак В.108 7,1.10е 42,2.10е 0,02.10

9 Пространство иехду анодом я бортом

Re ' 834 635 вза не модел.

We 0,13 2,48 не модел

Ar 0,55.10е 6,0.10® 202.10° не модел.

10 Катодный кегалл

/ £>* М* / /О, 3,40/0,89 1,53/0,17 2,57/0,86 3,0/0,54

Было установлено, что в области исследованных плотчостей ■ ка (от 0,4 А/см 2 до 2,8 А/смг . что соответствует величине уделы го гаэовыделекия 0,17 см/с и 1,18 см/с) в МЭП имеет место одно лойиая гоэожндкостная структура, а высота пузырьков {равная то. щине газожидкоешого слоя) не превышает 0,5 см и не зависит размеров электрода, свойств исследованных жидкостей и гааов, в личины расстояния между электродами. ' Этот факт имеет большое зг чснир, поскольку определяет длину пути, проходимого потоком рас коренного йлюушшя от катода к аноду.

Горизонтальные размеры пузырьков зависят от плотности тока (удельного газовчделений), определяющего размера электрода (длины пути схода пузырька), ориентации я угла наклона электрода (пористость, трещины) и имеет величину от 0,2 си до 4,5 см. Форма пу-эырькоз в зависимости от их размеров изменялась от полуеферичес-яок при (1 < 1 см до практически плоской при «1 > 2 см. На этом освоении режим двухфазного течения, в котором <1 < 1 см. а заполнение и><л поверхности анода не превышает 503 был назван пузырьковым, Увеличение размеров и степени заполнения поверхности анода пузырьками характеризовало переход к иугырьково-пленочному и к пленочному режимам течения, наступавшим при повышении плотности тока до 2,0-2,4 А/сця , а также в режиме анодного эффекта. Впоследствии полученные данные были подтверждены и уточнены Бегуновым и Вурнакиныи.

Горизонтальные размеры пузырьков (й Р ) и их скорость (*г) (перед сходом с анода) в стационарном режиме определяются (для пузырьков размерами 2,0 ><1>Ф,0 см) эмпирическими уравнениями:

При этом средняя расходная скорость газа равнялась:

где Р -периметр анода; Ь -высота газового слоя, равная 0,5 си;

К* -коэффициент формы анода -4- =1,4

9

где 1 -длина анода; а -ширина анода.

Газосодержанае в МЭП ((р) изменялось прямо пропорционально глубине погружения анода в расплаве, величине удельного гаэовыде-ления (плотности тока) и пористости материала анода. Расчеты по кинограммам показали, что удельное гаэосодержание составляет 0,2-0,4 см 3/си а заполнение поверхности анода пузырьками 40-80Я, соответственно.

Суммарное газосодержание складывается из доли газа, находящегося в МЭП и ПВА. Последнюю часть легко выделить при отключении тока: происходит быстрое удаление пузырьков, находящихся в расплаве между анодом н бортом и уменьшение его объема. Пузырьки, находящиеся, в момент отключения тока, под анодом, остаются там до их полного растворения (2-3 млн.)

Отмечено, что пузырьки, находящиеся в центральной и периферийной частях анода, имеют различные размеры и скорости. Так, типичными для центральной части анода являются пузырьки диаметром 2-й мм, которые перемещаются со скоростью < 10 см/с к периферии анода, где происходит их слияние в пленки размерами по горизонтали 20-45 мм и сход с поверхности анода со скоростью > 35 см/с.

Это находит свое объяснение в различных условиях выделения, слияния и схода пузырьков в центральной области, где размер пузырька определяется динамическим углом смачивания и в периферий-

(5)

(6)

(7)

ной, где определяющими являются величина удельного газовыделенш размер анода и его пористость.

Скорость движения "электролита" в ШП определялась с помощью лазерного доплеровпкого измерителя скорости (разработанного н Институте автоматики и электрометрии СО АЧ СССР) для двух жидкостей: раствор К/, кинематическая вязкость V» =0,63 10~асмг/с раетвор гпС1г, кинематическая вязкость V* =1.9 10"* см'/с.

Результаты измерений представлены на рис.1.

ГааоньиолййтшЙ слой

Металл

а)

и =0,3265 сц3/си8с Мж=0,63 •КГ'си'Ус *»«=<>,бси/с

* « а

Металл

и=0,9 еи3/см8-с Мж = 1.0- 10"гсиг/с ¥„„=1.5 см/с

Ркс.1. Поле скоростей »эдкостя в кежэлехтродшш пространстве в) -в растворе Ю; б) -в растворе '¿пС18.

Установлено, что максимальная скорость Жх в сечешш, раэде лающем МЭП и ПВА изменяется пропорционально величине V. В цент ратной области МЭП скорость жидкости практически не зависит < величины V . Это объясняется различием газогидродинамических реж мов и периферийной и центральной областях анода. Абсолютные зн пения скорости жидкости на входе в МЭП изменяются от 0,6 см/с 1,5 см,/ с (при изменении V от 0,3 до 0,9 см/с) и превышают соо пгтствующие значения о центральной части в 2-5 раз.

Максимальная скорость жидкости на выходе в МЭП описывается уравнением

№*=К1>Нв (8)

. где Н -эмпирический коэффициент равный 1,8,

Наблюдения показали, что наибольшие возмущения в результате схода газовых пузырьков имеют место вблизи границы раздела - МЭП я пространства борт-анод. В остальных областях МЭП скорость не превышает 0,3 см/с и не. зависит от величины межэлектродного расстояния. В последующем эти факты были подтверждены в исследованиях Зегунова, Гротхейыа и др.

В пространстве борт-анод происходит отрыв и всплывание пузырьков. При сходе с поверхности анода пузырьки отрывались от га->овой пленки, сосредоточенной на его периферии и всплывали в виде одиночных куг-ырьков диаметром ~ .25 мм.

Скорость течения жидкости ЯГэв = ((х,у) а ПБА, обусловленная эсплывапиеи пузырьков, на порядок превышала схорости в НЭП и зависела от глубины погружения анода и расстояния до борта.

3. ИССЛЕДОВАНИЯ ГИДРОДИНАМИКИ НА ПРОМЫШЛЕННЫХ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРАХ

0 стационарном состоянии каждому значению анодной плотности тока соответствуют определенные величины давления анодных газов (Р), расходной скорости движения газа и газосодержания электролита.

Давление было измерено на трех типах электролизеров (табл.2). Устаиов-тсна зависимость давления от глубины погррсення анода, а тамсе от времени, тредшестврощего анодному эффекту. Расчетная скорость движения анодшк га-юв определялась по установленным на моделях толщине газового слоя и объ-:му производимого в течение единицы временя газа:

W - v S* " Р hr

]ля исследовагашх электролизеров эта величина составляет соответственно 43 си/с; 49 см/с; 7 си/с.

Зависимость газосодержания от анодной плотности тока для электроли-ера с размерами анода 275x1320 cu выражается уравнением линейной регрес-кк: <р =16,5+42,8 i, , с коэффициентом корреляции 0,99.

Зависимость газосодержания от глубины погружения и коэффициента фор-[Ы анода в общей виде определяются, зависимостью:

+ £ АН- (9)

где <р0 -гаэосодерсжание, рапное отношению объема газа,содержащемуся под анодом, к обгему МЭИ .

Измерения и расчет газосодерзгякия производили по изменению объема лектролита (три ступенчатом снижении тока на электролизерах ,до 100 кА и гослсдующем выключении тока (ряс.2).

я*о р с*,а

s к 5 о » eojca

^ в» л ©

Я ^ д о

_в = о о «*

о S К к _. „

-■g—31 ss

«S w a ч 5 —wo 2 «»„■seü

К s "g g

я ы : 2 ъ 2 о a Pмя5 »

ta 'К îï w Я s » g g o n .2 2 «•Эк яоя

»•э- » о к

К К M

T!

ta о К>

Я —

CP цЗ

«е

S

О M

о й

а р>

■Q

«

о о

•i

«

о я 0

«Ist1??''

Газосодержание, %

со со

и0 чз

О C3S

К

« te

«и

S

« н в а д » р в о si и м о о и "о а Ъ w

f

J и

f

}

(

$

i

i t

1

гл

?

Рабочее напряжение,В

го го м и M CJ л î— to Ъ о % св го о

Плотность тока,А/си'

о о о р о о о о V со о ai С5 *-г Ъ>

Электрохимическая составляющая напряжения на электролизерах различных типов.

Таблица 2.

Тип электролизера Размеры анода,см Анодная плотность тока, А/см* Величина электрохимической составляющей, В Скорость течения расплава в ПБА см/с

1. С самообжи-гающкмс* анодом 2. С самообжи-гамщимся анодом 3. С обожаен-ншга анодами 275x640 360x660 50x40 0,67 0.66 0,93 1,42 1,32 1.61 6,2 9.5 7,0

Точная количественная оценка влияния скорости течения на Е была выполнена в лабораторных условиях с применениям вращающегося анода. Показано, что с увеличением скорости вращения от 0 до 370 об/мин., Е уменьшается на 210 мВ. Это объясняется уменьшением фактической плотности тока на аноде (за счет более быстрого схода газовых пузырей), уменьшением транспортных затруднений в доставке охсифторидных комплексов к аноду и увеличением деполяризации анода растворенным алюминием. Уменьшение В с увеличением скорости течения расплава косвенно подтверждает происходящее при этом уве-гшчение потерь алюминия и увеличение деполяризации анода.

Большое влияние на протекание электродных процессов оказывают растворение и перенос в расплаве оксида алюминия (глинозема), которые были изучены путем расчета и измерений текущей концентрации для одновременно протекающих процессов растворения, переноса в потребления глинозема. Сравнение результатов расчета и эксперимента представлено на рис.3, где кривая 1 показывает изменение концентрации оксида алюминия в середине обрабатываемой стороны электролизера с ВТ на силу тока 160 кА. а кривые 2 иЗ- расчетные изменения концентрации оксида алюминия в ПБА и МЭИ.

Анализ кривых показывает, что время усреднения концентрации глинозема (до 0,9 от теоретически возможного) в объеме электролига при переносе, нз осложненном растворением и потреблением глинозема, составляет 30 мин., при одновременно протекающих растворении и переносе 38 мин., а при растворении, переносе и потреблении - 60 мин. Наличие концентрационного градиента глинозема в IBA относительно МЭП объясняется конечной скоростью переноса растворенного оксида алюминия.

gg / -JLiMtijx Гэ уравнения переноса X« = ~r?—i7 (1_6 + ) (Ю)

М1 + Мг\ /

где gl -масса глинозема, растворенного в ПБА;

Ы( К* -масса электролита а МЭП и ПБА. ри известной величине времени усреднения f =30 мин определяется массо-ая скорость V переносимого вещества и средняя скорость жидкости—Wj, :

W = — W* P« Ph

По данным расчетов, при h=5cu и Tf=2,licr/c, ТЬ =0,йсм/с что удовлетворительно согласуется со эначеяиЪш скорости течения олехтролита в ИЭП, полученным иа моделях (рис.1).

' На рис.4 показано изменение концентрации глинозема в ПБА во времени на электролизерах с саиообзЕКгающимся анодом (1,2 табл.2 с обоаженньши анодами (3, табл.2).

Результаты позволяют сделать следующие выводи : скорость растворения гликояема убывает в ряду слектролнзер тип 3-*- тип 1 (табл.2), что объясняется с одной стсрони соответствующим изменением величины V (0,31-0,20 см/с).

С другой стороны на ату зависимость оказывают влияние специфические условия растворения: на электролизерах с 0А глинозем загружается на аноды и растворяется в непосредственной близости к ним, в местах выхода газовых пузырьков и наиболее интенсивного течения расплава (кривая 3). На электролизерах Содерберга из-за конструктивных особзнностей газосборного колокола загрузка глинозема удалена от зоны интенсивного течения расплава и растворение его происходит медленнее.

Максимальная концентрация А1е03 устанавливается череа 10-30 мин. после пробивки криолитоглинозеиной корки к подачи оксида алюминия в расплав. Ее величина определяется количеством одновременно загружаемого в расплав глинозема и достигает на электролизерах с самообашгающимся анодом 4,5 масс.% (кривая 1, рис.4).

Рис.3, Изменение концентрации глинозема при его растворении, перенос и потреблении: 1 -зкеперементальная кривая в ПБА; 2,3 -расчет ная кривая в ПБА и МЭП.

Распределение концентрации глинозема в ЬШ 1енно повторяет вид кривых изоскоростей (рис.1).

(рис.5) качест-

О

РО

(б

<и л о м

С и

О)

К Я

св

Й Рц О

Ч

О

о

3,5

2,5

О

Время, мин

Рис.4. Изменение концентрации глинозема во времени:

1 -электролизер с самообжигающимся анодом (тип1, табл

2 -электролизер с самообасигающиыся анодом (тип2, табл,

3 -электролизер с обожженными аяодамп (типЗ, табл.2)

ис.5. Поле концентрации глинозема в поперечном разрезе мех электродного пространства электролизера с самообжигающимся анодом.

В местах наиболее интенсивного течения расплава концентрация глинозема усредняется равномерно; максимальные концентрации зафиксированы в центральной зоне МЭП, минимальные - в периферийной части прианодного слоя. Концентрация глинозема в при анодном слое такова (1,0-1,3 массЯ), что на аноде в любой момент может возникнуть анодный эффект, несмотря на достаточно высокую концентрацию глинозема в остальных зонах межзлектродного пространства. Отмеченный недостаток компенсируется применением глинозема песочного типа, имеющего высокую скорость растворения и по этой причине широко используемого на зарубежных заводах. С другой стороны это обстоятельство является решающим при аргументации непрерывного питания ванн глиноземом (АПГ) и основополагающим во всех алгоритмах управления автоматическим питанием глиноземом о учетом изменения его содержания.

Высокие скорости переноса глинозема стала главным аргументом в пользу разработка технологии производства лигатур и сплавов непосредственно на электролизерах для получения алюминия.

Использование электролизеров для производства пнгатур и сплавов содержит ряд преимуществ по сравнению о традиционными технологиями производства в литейно-плавильных агрегатах.

Так, наличие слоя криолит-глиноземного раехшава в электролизере предотвращает возможность контакта металла о атмосферой и образования оксидов, в результате чего лигатура имеет низкие содержания газов и неметаллических включений. Кроме того, в этом случае снижаются безвозвратные потери алюминия и легирующего компонента из-за предотвращения их окисления в атмосфере печи.

На промышленных электролизерах были разработаны технологии производства лигатур А1 - Мп. А1 - Т1, А1 - Мл - Т1, А1 - В, А1-Т1-В. Установлены оптимальные технологические параметры процессов производства. Способы защищены авторскими свидетельствами и внедрены в производство с 1975 г. Экономический аффект за вес: период их использования составил более 15,0 млн.руб.

11-

о

а, с о 5----

^ о

10 12 14 16 16 20 Глубина погружения, см Рнс.6. Записиыость скорости течения расплава от глубины погружения

Заметное влияние скорости течении расплава на процессы растворения и переноса глинозема, а также на величину электрохимической составляющей обусловило необходимость постановки специальных исследований скорости течения расплава и алюминия.

На промышленных электролизерах были измерены скорости движения расплава в ПВА но времени перемещения поплавка н жидкого алюминия (методом растворения прутков, прессованных из химически чистого железного порошка). Результаты измерений показали, что скорости расплава а ПБА на электролизерах Содерберга (кривая 1, рис.8) в 1,4 раза больше, чем на электролизерах с ОА (кривая 2, рис.б). Величина скорости течения расплава на обоих типах электролизеров изменяется пряыопропорционально глубине погружения анода в расплав.

Измерения скорости течения алюминия проводились на электролизерах с ОА в 24 равномерно распределенных по длине и ширине ванны точках и на электролизерах Содерберга - в 45 точках.

Массивы данных скорости и угла направления потоков обрабатывались на ЭВМ по программе, использующей метод квадратичной интерполяции. В результате расчетов были получены распределения модуля скорости и функции тока в горизонтальном сечении споя алюминия (усредненные данные по длине растворенной части стержня).

На рис.7, изображено поле скоростей на' плане электролизера с ЭА на силу тока 110 кА (а) и опытного электролизера Содерберга на зилу тока 169 кА (б). .

Сравнение экспериментальных данных показывает, что несмотря :[а большую в 1,4 раза силу тока, гидродинамические характеристики зпытного электролизера Содерберга удалось существенно улучшить по сравнению с электролизером с ОА. Это выражается в меньшей (более чем в 2 раза) величине максимальной и средней скорости течения шюминия, и в большем абсолютной выходе по току (92% и 87% соот-зетственно).

Достигнутые показатели удалось обеспечить путем значительного. (примерно в 1,5 раза) уменьшения поперечной составляющей плот-тости тока в алюминии и соответствующего уменьшения величины шектромагнитных сил, обусловленных ее взаимодействием с верти-сальной составляющей индукции магнитного поля.

Рис.7. Поле скоростей течения алюминия на плане электролизера с обожженными анодами и Содерберга.

- го -

4. ИССЛЕДОВАНИЕ МГД-ПРОЦЕССОВ НА ПРОМЫШЛЕННЫХ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРАХ

Выше было показано, что под воздействием только выделения и схода- пузырьков, скорость движения расплава не превышает 1,5 см/с (даже при 3-кратном превышении величины удельного гаэовыделения). Следовательно, движение жидкого алюминия со скоростью, на порядок превышающей эту величину, имеет другую природу.

Исследованиями Мещерякова, 1^оле, Мееровича была установлена электромагнитная природа течения алюминия, скорость которого определяется величиной индукции магнитного поля и плотности горизонтальных составляющих тока, геометрией ванны и физико-химическими свойствами жидкой фазы. Однако эти исследования, выполненные более четверти века назад, носили качественных характер. Более поздние работы Рудакова, Дограмаджи, Цнплакова и др. существенно углубили представления в области закономерностей формирования магнитного поля в расплаве, создали основу для их приближенного расчета. Это было использовано при проектировании электролизеров на силу тока до 160 кА. И, наконец, выполненные в последнее десятилетие работы Щербишша, Бояревича, Хрипченхо и Борисова, в которых использовались методы физического и математического моделирования, современная лабораторная и вычислительная техника, позволили создать математическую базу для расчета характеристик электролизера, определяющих его магнитогидродинамическое состояние.

Для завершения комплекса работ по МГД-явлениям в электролизерах потребовалось выполнить большое количество измерений распределения тока в электролизере, индукции магнитного поля, формы границы раздела металл-электролит, ЫГД-устойчивости электролизеров и др.

Эти измерения были необходимы не только для идентификации математических моделей с целью доведения их до необходимых при проектировании требований, но и для составления базы данных, необходимых для анализа технологического состояния электролизера, оценки эффективности технических решений по конструкции ошиновки ц электролизера в целом.

Измерения и расчеты индукции проводились на электролизерах Содерберга (сила тока 150-160 хА); на электролизерах с 0А (сила тока 100, 150, 175, 255, 300 кА) и на электролизерах для рафинирования алюминия (сила тока 75 кА). Измерения проводились в 10 равномерно распределенных в ПБА электролизера точках н<\ границе электролит-алюминий гауссметром СМ-1220 с погрешностью измеренга 2Я.

Для анализа результатов измерений и сопоставления их с данными фирм "Истине , "Алкоа", "ФАВ" и др. использовался массив данных по индукции магнитного поля и токораспределению, включающий расчетные и экспериментальные донные по 19 конструкциям электролизеров.

-66

-53

а)

-21

25 В

б)

В)

28 Вг

-28

Г)

Рис.8. Характеристика магнитного поля:

I =160 кА. ВТ=87 электролизер Содербергд, продольное расположение; I =100 кА, ВТ=91 %, электролизер с ОА, продольное расположение; 1 =255 кА, ВТ=89 %, электролизер с ОА, поперечное расположение; 1 =300 кА, ВТ-92 %, электролизер с ОА, поперечное расположение, [фры обозначают значения индукции магнитного поля в угловых точках нни (напр. В=13 10~4Тл) и тд.

Типичные эпюры распределения доверенной (Ву). вертикальной (Вг) составляющих магнитной индукции для продольного расположении электролизеров Содерберга, а также для продольного и поперечного расположения электролизеров с ОА показаны на рис.8.

Из приведенных данных видна эволюция в изменении требований к характеристикам Магнитного поля. Так, в электролизерах Содерберга (проект 60-х годов) с боковым питанием глиноземом уровень жидкого металла в ванпе строго не лимитируется. При этом наличие сплошного анода с равномерный распределением тока и большой массой жидкого алюминия, обеспечивают уменьшение величины горизонтальных составляющих плотности тока (} у , 1 - ) до величины, равно! 0,05-0,1 А/см2.

В результате, да»» при высоких значениях Вг и Ву (рис. ба) (70-90 10""* Тл) электролизер имеет высокую МГД-устойчивэсть и удовлетворительные (для этого типа) технико-экономические показатели.

Уменьшение составляющей Вг на электролизерах с ОА на силу тока 100 кА по сравнению с электролизерами Содерберга обусловлено меньшими величинами горизонтальных токов и объемом ферромагнитных масс в анодном устройстве. Эти факторы обеспечили, при прочих равных условиях, увеличение выхода ио току примерно на 4Я. В то же время следует отметить высокие значения составляющей В у , которая вызывает силы, направленные вдоль поверхности алюминия и деформирующие ее. По этой причине, с целью предотвращения развития МГД-неустойчивости, возникновения коротких замыканий металла с анодами, электролизер эксплуатировался с высоким межэлектродным расстоянием (до 6,0 см) и, соответственно, расходом электроэнергии 15600 кВт.ч/т

Дальнейшее увеличение силы тока потребовало значительного уменьшения обеих составляющих индукции. Это стало возможным за счет применения однорядного поперечного расположения, исключающего усиление соседним рядом вертикальной составляющей и обеспечивающего компенсацию поперечной составляющей индукции магнитного поля.

Для уменьшения асимметрии распределения индукции магнитного поля были испытаны: расположение анодных стояков в проекции анодного массива (это позволяет существенно снизить В у при продольном и В х при поперечном расположении); расположение анодных шин вне проекции анодного массива (позволяет уменьшить в 2-3 раза составляющую Вг при продольном расположении); приыененш обводных шин (с целью компенсации влияния соседнего ряда электролизеров при продольном их расположении); перемещение катодных шш по вертикали, относительно границы раздела металл- электролит способы управления индукцией посредством изменения ферромагнитных масс и др.

Выла освоена предложенная впервые Селе, методика определения предельного уровня ЫГД-устойчииости электролизера по величин« МНР, заключающаяся в опускании анодного массива до появления си нусоидальных колебаний рабочего напряжения, свидетельствующего < начале процесса волнообразования на границе раздела металл-электролит и локальных хоротких замыканий анодов на катодный металл.

Процесс развития волнообразования показан на рис.9, откуда зидно, что усовершенствование схемы и конструкции ошиновки обеспечило повышение МГД-тстойчивости более чей на 0,5 8. На опытном шектролизере (кривая 2) процесс волнообразования не был зафиксирован при снижении рабочего напряжения до 3,15 В против 3,65 В на потовом электролизере. Методика оценки МГД-неустойчивостн включе-за в комплект методик, используемых при приемке электролизеров, ^оритыы идентификация игД-неустойчлвости и ее ликвидации, основанные на форме кривой рабочего напряжения, широко применяются а новых поколениях АСУТП.

В развитие МГД-течений большой вклад вносит распределение гока в металле (величина я направление составляющих ).

Ю

04 Время T.uiih.

Зис.9. Изменение рабочего напряжения при уменьшении мехзлехтродного расстояния: 1 -типовой электролизер на силу тока 255 кА;

2 -опытный электролизер на силу тока 255 кА.

Комплексные измерения распределений тока в поднне, выхода по току, рабочего напряжения и температуры электролита в 3-х группах электролизеров с самообжигающюшся анодами на силу тока до 160 кА по 10 электролизеров в каждой группе показали, что увеличение дисперсии Д среднестатистического значения тока в катодтшх стержнях на I Я приводит к снижению выхода по току па 0,20%: Ьт = 06,0 - 0,20 Д с величиной дисперсии Д в пределах 5-20%.

Главную роль в возникновении поперечной составляющей тока играет высокое сопротивлмте стального тохоотводящего стержня по сравнению с алюминием. Очевидно, что величина 1 у будет тем меньше, чем выше уровень алюминия и ванне. С другой стороны, чем длиннее катодный стержень, чем неравномернее (по отношению к другим катодным стержням) он будет нагружен током, тем больше величина горизонтальных токов в жидком агиоиинин, вызывающих развитие МГД-процессов в ванне, включая волнообразование. Влияние этих и других факторов на величину горизонтальных токов было проверено методом вычислительного эксперимента. При этом разработан и внедрен ряд технических решений, направленных на уменьшение величин 1 Ху в т.ч. такие к ах электроизоляция части катодных стержней, выступающих за проекцию анодного массива, применение наклонной бортовой футеровки, уменьшающей величину периферийной части катода и др.

5. РАЗРАБОТКА МАГЕМАТИЧЕСКНХ МОДЕЛЕЙ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕНОСА В ЭЛЕКТРОЛИЗЕРЕ И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ.

Главной трудностью, возникающей при расчете индукции В, был учет влияния горизонтальных токов и ферромагнитных масс на распределение магнитного поля и величину индукции. В настоящей работе предложен новый подход, основанный ва решении дифференциальных уравнений относительно векторного магнитного потенциала А, определяемого уравнением для вектора магнитной индукции B=rotA. _ _ _ __ _

Решалась плоская задача для сечений X.O.Z и Y,0,Z, где ось 0Z является центральной осевой линией электролизера. Математическая модель представляла собой уравнения электрического и магнитного полей с соответствующими граничными условиями. Расчет характеристик электрического поля получается интегрированием уравнений эллиптчческого типа в областях fli Лг:

&<"й>)-в СО

:ff"lsr0: ulsru'; [u]lsr0; [ff^!lsr0;

с r

где U (Р)-искомый потенциал электрического поля;

0= СГ(Р)-функция, описывающая удельную электропроводимость среды; п -направление внешней нормали к границе S;

-граница j-того изолятора; S* -К-тая граница разрыва функции (J(Р); s', -граница j-того электрода; Xj Xg-горизонтальные координаты; Z -вертикальная координата.

Уравнение магнитного поля имеет вид:

j. «*

с граничными условиями: A |sj = 0; J^|sJ=0; [A]|s»=0; [¿|£]|sp = 0;

где А -векторный магнитный потенциал, имеющий в плоском случае одну / D ЭА . п ЗА \. составляющую I °х = gY 2 = ~ ЗК )'

функция описывающая магнитную проницаемость среди;

j-тая удаленная граница; граница j-того электрода; К-тая граница разрыва $уншии fi (Р); скорость света;

плотность тока протекающего в направлении, нормальной к плоскости Хе02 (Г=1 ара 1=2 и Г=2 при 1=1).

Первое граничное условие означает равенство нулю магнитного потенциала на бесконечно удаленной границе к на оси симметрии, второе условие задается на границе элехтродов, по которым протекает ток и последние два условия сопряжения означают непрерывность решения и скачок его нормальной производной,

Бшш разработаны алгоритм п программы расчета электрического и магнитных нолей злектро/шзера на ЗОИ ЕС-1045. Результаты расчетов электрического и магнитного волей удовлетворительно согласуются с экспериментальными данными. Из приведенных расчетных датой (рис.10) видно, насколько плотности горизонтальной составляющей том па участке, прямтающец г короткой стороне пашш, превосходят плотность вертикальной составляющей.

При равных значениях составляющих индукции Ву и В,.па этих участках, вследствие превышения ix более чей в 3 раза Í, , будет развиваться интенсивное течение алюминия, направленное к короткой стороне электролизера, что приведет к ускоренному износу его бортовой футеровки. Этот вывод согласуется с хорошо известным из практики фактом ускоренного (а 2-3 раза) износа бортовой футеровки на коротких сторонах электролизера по сравнению с износом на длинных сторонах. С другой стороны, наличие высокой скорости течения затрудняет формирование настылей п гарннссаясей на этих сторонах электролизера. Рис.10, 11 дают количественное подтверждение сделанного Месровичец наблюдения о различном влиянии па ту или иную составляющую различно ориентированных относительна друг друга ферромагнитных плоскостей н пшнопроводов. Так, если в плоскости X0Z (продольный разрез) наличие ферромагнитных масс (тобоп-роводящих стержней) практически не влияет на величину В, п В, , то в плоскости Y0Z это влияние вызывает увеличение больше, чем на 100% Вх и В, в точке посередине пространства между анодом и бортом, причем в случае В, с изменением знака па обратный.

ЫГД-конвекция, как результат взаимодействия векторов I и В на протяжении последних десятилетий была объектом пристального внимания большого числа исследователей. Подавляющее большинство из них исследовали течение электролита и металла, обусловленное силами только электромагнитного происхождения и только в горизонтальной (планерной) плоскости, справедливо полагая, что поскольку толщина слоев электролита и алюминия много меньше горизонтальных размеров ванны, то течение и электролита и алюминия будет происходить преимущественно в горизонтальной плоскости.

sí-

SÍ-

sl -с -

je -

X,

Рис.10. Распределение компонен.ов плотности тока (—) -горизонтальной, (---) -вертикальной.

в.тл А

тг

э,32.10"3

-Тз—а

X

а)

Рис.11. Распределение компонентов вектора индукции в поперечной

разрезе (а) и в продольном разрезе (б)._____ПрИ

---Вх при /¿=1 %

- Вг при ц =10

-----Вз ПрИ ц =1

В этой свази, представляло интерес оценить насколько коректньш я ляется пренебрежение ЫГД и ГГД течениями в плоскости Х02 и УОг, есл учитывать следующие обстоятельства: только при проведении расчетов вертикальном разрезе появляется возможность учесть влияние выделен» газов; вертикальные течения в электролите играют решающую роль пр] формировании гарннссажа и последнее, вертикальные скорости электролит в МЭП определяют потек растворенного алюминия к аноду и выход по тс

В ли готе электромагнитных сил Р и касательного напряженна % вызванного гаэовиделенкеи на рабочей поверхности анода, на скорость течения электролита и алюминия било изучено путем анализа решений уравнений Навье-Стокса (в безразмерном виде) для продольного и поперечного разреза электролизера:

!? + -ЕиУР * ^ Д1Г + ♦ £ ? (»3) <иу (14)

где Ие = ■ К8= Ей = ' (числа Рейвольдсе, Фруда н Эйлера Ч1 Р" соответственно);

1 ,¥,р,Р -масштабы длил, скорости, давления и сил;

1=1 соответственно слою металла, 1=2 слою электролита.

Область расчета (7 принята симметричной относительно оси I на которой

ШI 3« I ЗРI заданы условия симметрии: -х2- = -г— = -г— = 0 (15)

8п ¡2 да \г да 12 ,

На поверхности анода (граница 3=3,0 За) приняты условия прюшпвниа

бРI 1 I

Давле!гае Р определено условием: — I - ^ ! + Рп (17)

аР I

где -касамтнмй вектор к границе Э.

На поверхности анода, выделяющей газ, учтено касательное напряжение (Т):

уг\ иИ. ' 2

где ¡Х% -коэффициент диашгаеской вязкости электролита. На границе металл-электролит заданы условия непротеганля, непрерывности касательной составляющей вектора скорости, непрерывности касательных напряжений:

Форма границы раздела определялась иэ уравнения средней кривизны:

[§т №]|р» гк а

Расчетная схема течения расплава показана на рис. 12. Можно отметить [ринципиальиое согласие с картиной течения, полученной на газогидро-щнамической модели.

0

Рис.12. Расчетная схема течения электролита и металла в половине поперечного разреза электролизера с ОА.

Расчеты показали, что гаэовиделение практически не влияет на скорость движения металла и стационарную форму границы его раздела с электролитом. Скоросп электролита зависят от величины газопыделения, максимальное ее эначение имеет место у края анода и вблизи боковых его поверхностей. Абсолютные значения скоростей ири величине V, равной 0,31 си/с составляют: ^ ^2,0см/с ; WM~ 1,0см/с; WKM~4,5 см/с ; Wmit~3,4 см/с

мет т

Зависимость скорости течения металла от ротора электромагнитных

сил Rot2 {IxB| была определена расчетами при увеличении в 5 раз функции Bot.z(IxB), Установлено, что скорость течения электролита при этом практически не изменилась, в то время, мк скорой течения алюминия увеличилась пропорционально увеличению Rotz (?) .

Планарвые течения металла и развитие ШД-пеустойчивости были нзучеаы на однослойной физической модели с использоваиим сплава In-Ga-Sa с температурой плавления lö°C. Получены следующие наиболее важные результаты: скорость течения имеет минсиальное абсолютное значение, если выполняется следующее условие:

т - т «а'

где: ¿,),А,а -длина и ширина анода и катода соответственно.

Указанное соотношение отражает хорошо известный из практики факт достижения высокого выхода алюшшия по току наэлектролизерах, в кото-

?ых настыли ограничивают 'зеркало" жидкого алюшшия в проекции авода. а кое совпадение плещадя анода и катода обеспечивает снижение до минимума горизонтальных составляющих ljy в алюминии и, соответственно уменьшение скорости его течения и потерь за счет вторичного окисления.

Завершающий стадией разработки новой конструкции электролизера является расчет тепловых н электрических полей. Накопленный в этой области бмътий эксаериментальный материал (Коробов, Каданер, Форсблом и др.) нуждается в анализе и обобщениях с использованием новых экс-иернмектальаш даааых и новой технической базы для расчета тепло-элсктроиереноса методом математического моделирования и вычислительного эксперимента.

В основе математической модели процессов теалоэлектропереноса нежат законы Фурье и Ома:

где

div (\(Т) VT) -div (<7(T)V?)«0

T -температура;

(fi -электрический потенциал.

(20) (21)

Данная схема учитывает, что Х = \(Т) н (7 = СГ{Т). В правой части уравнения (20) учтен 'приход тепла" (ТН^) от подведенпой электроэнергии. Внешними границами в задаче распределения теплового поля являются граищы ванны. Взешгшми границами г задаче распределения электрического тока являлись: катодный стержень, бортовой блок, поверхность гарннс&за и корки, боковая поверхность анодного блока, граница обреза ютшелей. Предполагается таким образом, что кирпичная футеровка днища, гаркксаж, настыль и корка не проводят электрический ток.

На внешних границах расчетной области условие на тепловое поле задавалось в виде закона теплообмена Ньютона и лучистого теплообмена по закону Стефапа-Больцмана. На границах симметрии, расположенных по осям ванны, задается отсутствие теплового потока по пормалн в этой позерхноста:

In -0

(22)

(принимается, что тепловое сс.те в каждой нз половин важны стшатричяо). На всех внутренних границах (границах между различнымл материалами), хроме границы анод-электролит и граиици электролит-корка, условия задаются в виде:

I

= 1

«т

г+ Ir-

ma

или

[In] [Т]

= 0 = 0

(23)

(24)

Условия выражают непрерывность на границах температуры и теплового потока или отсутствие скачков температур,и| а такдв источников или стоков тепла.

Суммарный скачок электрического потенциала па границах электрод-электролит относился только к границе - анод-электролит. На границе катод-электролит отсутствуют, такта образом, источника шхя стоки тепла, а на анод-электролит ставилось условие:

[In] = ABj

(25)

где £ Е -перенапряжение, -анодная плотность тока.

Граничное условие электрогшт-корка учитывает возможность пробивки хорхи:

<и)

н-«

DP

где

§вр -удельный сток тепла, складывающийся из количества

теплоты, теряемого открытой поверхностно электролита и затраченного на растворение и нагрев глинозема.

йаешние граничные условия на электрический потенциал также являются смешанными. Между точками ниппелей в катодного стержня существует развоем потенциалов, создаваемая проходящих токош

?|г=0 {т

где I -сила тока, КЕ~число ниппелей, Э -площадь поперечного сечения ниппелей.

На всех границах между проводящим материалом я изолятором задается отсутствие тока через эту поверхность:

1П=0 (29)

На всех внутренних грашщах (кроме границы атюд-электролит) задаются условия сопряжения вида:

Я "Я или [Ц =0 (30)

1г+ 1г- 1г

или [?]|г=0 (31)

Эти условия аир ахают непрерывность потенциала и электрического тоха. Таким образоа, здесь пренебрегли /делишки сопротивлениями контактов между материалами ввиду их малости.

На границе анод-электролит задавался скачок потенциала:

[ф^Е (32)

где Е -обратная ЭДС.

Одна из сложностей в постановке задачи связана с заданием грашгшых условий на границах металл-настыль и электролит-гарнисаж. Форма этой поверхности 7 считалась неизвестной: и подлежит определению. Таким образом, решалась задача со свободной границей; определить поле температуры и потенциала в двухфазной среде, где граница между фазами проходит по изотерме кристализации. В области расплава ищутся функции Т(х,г); <р(хл) в продольном разрезе и Т(у,г); (р (у,г) в поперечном, а также граница у, если на ней заданы условия:

Т|7=ТКР; [Т]|7=0; [1п]|7=0; 1и=0 (зз)

Последнее условие поставлено в силу предположения, что разность олектро-проводимостей расплава и гарписажа настолько велика, что ток через гарни-саж практически не течет.

Большую трудность при разработке математической модели представлял корректный выбор исходных теалофизичесхих данных, достоверность которых устанавливалась с использованием вычислительного и физического экспериментов.

Не меньшую сложность представляет адекватный способ учета течения расплава. В настоящей работе оно учтено с помощью введения различных

ЭДектданшх коэффициентов 7сшищроводяостей па основе средних значений его-5сгн в каждой зоне, полученных ка моделях и прочыгалешшх электролизерах, гот способ показал неплохие результаты, что наряду с простотой, экономией шинного времен* еьдрало решающую роль. Коз^фацвекты увеличения тешзо-¡»оводяоети я каждой вове выбрали на основе серей расчетов я сравнения »ссчптенного пробили гарнисаяа о реальный.

Разработки вариант программы с учетом течения расплава путем введе -!■ коювктивного члена в уравнение теплового поля.

Изменения на промышленных электролизера* показали удовлетво-ггельнов совпадение рассчитанных и измеренных температур на кожу> ванны (тьблица 3),

Результаты расчета и измерения температур на кожухе электролизера с ОА на силу тока 100 кА.

Таблица 3.

Г Номера точев на кожухе Часть кожуха Измеренная теш1ербтура,°С Расчитанная температура,0 С

1 Днища (центр) 56 02,6

2 Днище (край) 90 72,5

3 Зорт 107 124,0

4 ©пмщегцй лист 297 292,8

5 Наяпель 385 397,1

На основе разработанных програиы были проведены серии расче-)В теплового и электрического полей электролизеров при различных шетруктивных и технологических параметрах, аналот результатов >торых показал, чл> для достижения удовлетворительного согласо-игаа температур поверхностей и профиля гарписааа с реальными неводимо варьировать величягаами теплофиэических характеристик, «им образом, были выбраны наиболее достоверные значения теплоп->водиости гар лисазка, угопьных блоков (о учетом пропитки распла->м), эффективной теплопроводности электролита.

Выпи получеки зависимости горизонтальных токов п металле и >офиля гарниссежа от конструктивных и технологических паранет->в: конструкции катода, степени тепловой изоляции, иежполюспого ^стояния, уровня металла, частоты обработки электролизера, про-(алиоированы электрические поля в расплаве при различных искрив-¡яиях границы раздела алюминий-электролит. На основе расчетов мо разработано несколько модификаций катодного устройстве, а кае ряд технических и технологических рекомендаций, направлен-IX па уменьшение I х г в расплаве.

Значительно сокращает (~на 40%) токи 1у в металле конструкта катодного блока с электроизолированной частью катодного стер-находящейся вне проекции анода.

Аналогичное влияние на величину 1 у оказывает форма и разме-I настылей. Токи оказываются минимальными в том случае, если .стиль не заходит под проекцию анода или если подовый блок вгго юеяции анода покрыт нектропроводным материалом.

При использовании графитовой подины (или другой с более высокой, чей у угля электропроводностью) токи ^ в металле возрастут при коротких настылях и уменьшатся при длине настылей равной расстоянию между анодом и бортом.

Установлено, что поскольку от 20 до 30 см длины блюмса в центре ванны почти не нагружены током, в целях экономии металла этот участок можно заменить любым проводником (например, углем При искривлении границы металл-электролит в результате волнообразования токи в металле возрастают незначительно, в электролите появляются горизонтальные токи с плотностью порядка 0,2 А/см.2 Они будут способствовать электромагнитному перемешиванию и размыванию гариисажа в зоне электролита.

Наиболее существенно увеличивает толщину гариисажа применение новых электролитов с более высокой температурой ликвидуа (табл. 4), а также оптимизация электромагнитного поля. Последне обусловлено полученным в расчетах сильным влиянием поля скоростей на толщину гарнисааа.

Расчет зависимости талщшш гариисажа от температуры крнстализации расплава.

Таблица 4.

Температура кристалвзавдл, С Средняя толщина гарнисаха, си Длина настыли, см Максимальная толщина гарнасазса

634 18 60 30

944 24 68 45

949 27 69 48

954 32 72 49

Определение температур внешних поверхностей и падения напряжения на участках электролизера на основе решения задачи теплоэ лектропереноса позволяют составить и рассчитать энергетически: баланс электролизера.

Методическая сторона составления и расчетов балансов был разработана ранее Коробовым, Криворученко и др. Задача состояла разработке алгоритма и программы расчета баланса, используя из вестнме уравнения для расчета количества подведенной энергии, вы деляеыой от догорания анодных газов, от вторичного окисления алю ыиния (приходная часть баланса), а также затрат энергии на роэло жение оксида алюминия и на теплопотери с конструктивных элементе электролизера, определяемые по рассчитанным на основе решения зв дачи теплового поля значениям температур на граничных поверхностях (расходная часть баланса).

В соответствии с программой расчета суммарные теплопотери поверхности ванны определялись по формуле: t

Ч=к ^|а-(Т1{г)) (Т, М)-Тч) ¿г . (34)

ь

це- К -эмпирический коэффициент, учитывающий неравномерность распределения температуры поверхности по длине ванны равный 0,в; £ -размер, м;

а(Т) -эффективный коэффициент теплообмена на границе поверхность-воздух, Вт/мК;

а,Ь -пределы изменения данного участка поверхности по координате Ъ.

Результаты расчета энергетического баланса приведены в таблице Энергетический баланс электролизеров на силу тока 160 вА.

Таблица 5.

N п/п Статья По результатам натурных измерений, кВт По результатам расчетов,кВт Отклонение,%

Приход энергии,

1 Подведенная электроэнергия 697,3 599,0 0.3

г Сгорание анода и догорав®« анодных газов до СО а 168,8 103,8 1,8

3 Вторичное окисление алюминия 32,0 32,6 1,2

Итого приход 798,1 795,4 0.1

Расход энергии

1 Разложение оксида алююшня 398,3 407,3 2.3

2 Теплопотера с расплавленным алюминием 17,9 17,2 2,0

3 Теплопотери с отходящими газами 160,0 168,7 4,2

4 Теплопотера е конструктивных элементов: 1

[ -анодное устройство 67,4 2,1

-боковые стенки катод» 41,» 47,0 14,9

-торцевые стеюси катода - 18,3 -

-днище 40,9 39,9 10,6

-блюмси - 15,0 -

Итого расход 765,6 787,6

Невязка 39.5 2,2

Невязка 7, 4,0 0,2

Анализ составляющих энергетического баланса является полезным для ьн-5откп путей сокращения затрат электроэнергия, а на стадии проектирования я выбора наиболее эффективных решений.

6. ПРИМЕНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ ДЛЯ СОЗДАНИЯ НОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРОВ.

Установленные в работе закономерности конвективного течени электролита и алюминия стала основой математических моделей про цессов переносе, используемых в видз программ расчета uanmto- 1 гидродинамических, тепловых и электрических характеристик пр проектировании электролизеров нового поколения.

Разработанные математические модели, алгоритмы и програш расчета на PC IBM АТЗВб и ЕС-1045 вошли в состав системы bbtomi тического проектирования электролизеров для производства адюмиш САПР-*Злектролязср . Структура и связи подсистем показаны на рис. 13

Рис.13. Структура САПР -"Электролизер".

г 35 -

Из представленных на рис, 13 подсистем все, за исключением подсистемы "Расчет выхода алюминия по току", находятся в промышленной эксплуатации и используются для проектирования вновь строящихся и реконструируемых серий электролиза в России и за рубежон.

- Образцы расчетов показаны на примерз электролизера на силу тока 300 кА с ОА (рис. 14-16). Анализ результатов расчетов свидетельствует, что на этом электролизере достигнуты лучшие характеристики, известные из опыта эксплуатации действующих электролизеров меньшей единичной мощности. Так, Вки Bz снижены на 50-150% по сравнению с лучшими на сегодня отечественными электролизерами с поперечным расположением на силу тока 175 хА и 255 кА, получены минимальные значения скорости течения металла VT мет - 4,7 см/с, минимальные значения величины деформации поверхности раздела металл-электролит (Ah) < 1,2 см против 12,0 см/о и 2,5 см соответственно на действующих электролизерах на силу тока 175-255 кА.

ВХ

е,7 -78.9

-0,2 -85,7-

-9,2 -58,0-

—4,3 -88,6-

-4,8 - Е9,3

-0,8 -ез,4'

-1.1 -87.9 -

-10,0 -32.7 •

-14,0 -83,3-

-3.9 -84,в

-4,4 -86,2 •

3.9 -00,2

-3.9 -90,3'

-4,4 —вв,2 ■

3,9 -84,8

14,0 -83.3

10,0 -82,7-

1.1 -87,0

0,8 -еа,4

4,8 -89.3

4,8 -06,8

0.3 -88,8

0,1 -85,7

-6,7 -78,8

Рис.14. Расчетные вначегшя индукции «штатного поля электролизера на силу тока 300 кА.

А

а)

V-ыах.12,871 (ем/се*)

>>>>>><<<<<<с<<< > >>>>>>> > > <

АЛ*-' ><<<<.<<<<<*( А А » > >■ V > > > ь * * Г А А

у ¿- * К А Л Л 1 т 4 у

А л л А л л -г -» к и у

Г. Ь .¿г .Л- ^ А

* т < Л. < А с > / 4

V <<<<<<< < >

300 кА 18.971

б)

Рис. 15. Расчетное попе скоростей электролизера на силу тока 300 а) -изолинии, б) -векторы.

Рис. 16. Тепловое ноле электролизера на силу тока 300 хА (расчет

При таких магнитогидродинашческих характеристиках следует кидать с большой вероятностью повышения выхода а/поыигша по току.

0 стегнутый на промытлетшх электролизерах на силу тока 175 кА аход алюминия по току, равный 03,2 % и 89,7 % - на электролизерах

1 силу тока 255 кА - количественно подтверждает прогноз по уве-нчешпо выхода птошптя по току на электролизерах на силу тока 30 уА до 03%.

С использованием САПР "Электролизер" была спроектирована, а тсспедстшти построена и пущена в эксплуатацию серая электролизе->п на силу тока 255 кА на Саянской алюминиевой заводе (экоцоми-?скав эффективность по приведенным затратам составляет около 800 лс. руб./год на серию), в стадии строительства вторая серия тектролизеров на силу тола 255 кА; в стадии реконструкции 4 серии «гтролиэеров па силу тока 175 хА и одна - на силу тока 100 хА; здутся испытания на опытных учасках новых модификаций элевтроли-фов па силу тока 255 кА о достижением выхода алюшшия по току 9 менее 92 Я; в стадии завершения строительства алектролнзер на ту тока 300 кА, пущена группа электролизеров на 200 RA на алто-ишевоц ааводе в АРЕ.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. С испольаоэанпац метода анализа размерностей разработаны >деш, отвечающие условиям гидродинамического подобия промытлеп-.ш электролизерам, па которых были выпояпегш исследования, позно-ннпне изучить режимы гизохищкостяих потоков и определить их ос-шше характеристики: структуру газонаполненного слоя, параметры язырыюп п пленок, скорости перемещения газовых образований, ско-5сти потеков алектролата а алюминия, влияние газогацродхтамичес-к составляющих конвекции на процессы нассспереисеа и др.

2. Установлено, что в рабочее пространстве шпоышшс-еого эяект-)лпзера возмоядш трп типа газогидродикаыпчесхих режтюв - пузырь-шый, переходный и пленочный, различающиеся параметрами и скорое-(ми перемещения газовых образований. При каждом режиме толщзша 13онаполненпого слои у поверхности анода не превышает 5 им, о ее шолнение пузырями и пленками достигает (30 %.

Выявлены оавпсшсости размеров газовых пузырьков, скорости их греыещениа и скорости потокоа электролита от интенсивности глзо-вделення. Установлено, что средня« скорость потоков расплава, (условленная электрохимически» выделением гаэоэ, но превышает 1.5 г/с в ЫЭП и 12 с м/с в НБА. Такие скорости по оказывают существенно влияния на перемещение среды, имитирующей катодный металл.

3. Исследованиями, выполненными на промышленных электролизе-IX, показано, что данлепио анодных газов, их расход и содержание расплаве возрастают пропорционально размерам анода, глубине его »гружеиия в электролит и Этической плотности тока (удельному зовыделению). Эти зависимости аивлошчны для всех типов промыга-¡шшх электролизеров.

Установлена зависимость величины газосодераанкя и олектросоп->тпвлення расплава от анодпой плотности тока. Показано, что с

увеличением скорости потоков электролига , уменьшается величина электрохимической составляющей напряжения (обратная ЭДС), что является следствием уменьшения диффузионной составляющей анодного переаапрякениЕ в регул!тате более интенсивного поступления оЕскф-торидных комплексов к поверхности анода,

4. Предложена и разработана модель растворения я переноса оксида алюминия, учитывающая его потребление при электролизе расплавов. Изучены концентрациолные поля растворенного оксида алюминия в НЭП и ПБА: установлено налзгчно обедненного оксидом нрианодного слоя расплава; обоснованы преимущества непрерывного автоматизированного питания алююнгеевых электролизеров глиноземом.

Результаты исследования особенностей растворения п переноса оксида алюизшда позволили разработать высокоэффективную технологию производства ряда лигатур (А1-1£п, А1—Т:, А1-Ип—Т1, А1-В, А1—"Л—В и др.) непосредственно в алюмшаевых электролизерах.

5. Разработаны новые и усовершенствованы известные методики измерения скоростей течения электролита л алюминия, индукции магнитного поля, Ь£ГД устойчивости, токораслределения в катоде и др. Изучена зависимость скорости деегешшз расплава в ПБА от типа электролизера и глубины погружения анода. Определены поля скоростей в слое алюшшня; показана возможность енжшшя скорости его ииграцкн в 1.5-2 раза (при одновременном увеличении Ьт на 5 % абс.) за счет соответствующего уисньшсния поперечной составляющей плотности тока в алюшнши и величины электромагнитных сил.

6. Анализ совокупности результатов исследований гидродинамики, выполнешшх на моделях и промышленных электролизерах, свидетельствует о том, что главными факторами, влияющими па процесс, являются магнито-гидродииамические силы, определяемые индукцией магнитного поля, распределением плотности тока в металле, скоростью перемещений металла, состоянием и формой границы раздела "металл-электролит" и др.

Специальными исследованиями выявлены холичествешше характеристики елияж*е на МГД процессы в электролизерах расположения п ксиструкгавкого реше.шя ппшопроводов, воздействия ферромагнетиков влияния технологических параметров (урозня металла, величины МЭИ соотношения анодной и катодной площадей к др.).

Установлены допустимые значения ЫГД характеристик для сверхмощных электролизеров (индукция ВуИ В£< 30.10Тл, асимметрия угловых значений < 10.10-4 Тл).

7. Предложена негодика оценки МГД устойчивости электролизеров, основанная на регистрации возникновения синусоидальных колебаний напряжения на электролизере нри развитии процесса волнообразования на границе раздела металл-электролит". Рассмотрен механизм влияния распределения тока в жидком алюминии на развитие МГД процессо1 в ванне.

Показано, что увеличение горизонтальных составляющих тока в алюминии, оцениваемое но величипе дисперсии токовой нагрузки в катодных стержнях, приводит к ешгжешш выхода алюминия по току.

8. На базе выполненных теоретических и экспериментальных исследований предложены, разработаны и освоены математические модели и программы расчетов следующих характеристик промышленных или пр

¡стируемых электролизеров: - распределения электрического ноля и ндукции магнитного пели, с учетом растекания тока в жидкой апюми-ни и наличия ферромагнитных масс в конструкции электролизера;

- распределения электромагнитного ззаимодейетвия;

- распледеления скоростей в расплаве и алюминия;

- определения положения границы раздела металл-электралит;

- распределения тепловых и электрических полей электролизера с учетом конвекции металла и электролита;

- энергетического баланса электролизеров.

9. Комплекс отраженных в настоящем докладе теоретических и зк-гериментальных исследований и методических разработок широко ис->льэуется при проектировании современных электролизеров, в том ссле при расчетах я оптимизации поля схоростей алюминия в элекг->лизере, теплового и элехтрического полей, индукции магнитного >ля и др.

10. На оснояе выполненных исследований, с использованием коьсп-!кса программ для расчета характеристик электролизера разработаны внедрены новые технические решения но конструкции катодного уст->йства, схемы и конструкции ошиновки на силу тока до 300 кА, размотаны и внедрены в промышленность конструкции электролизеров iBoro поколения на силу тока 175-255 хА, оснащсшше современными томатизировашшыи системами управления технологическим процессом, анспорта и питания ванн оксидом алюминия.

11. Экономический эффект, полученный от внедрения новых техно-1гаческих процессов и технических решений составил более 1.4 ш.руб/год за «чет увеличение аыпуска алюиккия, сплавов и лигатур

его основе, снижения расходных показателей и увеличения срока ужбы электролизеров.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ представлены в следующих сгатгях, тезисах и изобретениях:

1. Влияние анодной плотности тока на гаэоиаполнение в алюми-:евых электролнзерах./Крюковский В.А., Поляков П.В., Форсблом Г.В., шлаков A.M., Бурнакик В В.// Цветные металлы.-1972.- N 12.- С.62-64.

2. Крюковский В.А., Поляков П.В., Цыплаков A.M., Форсблом Г.В. кчины повьиненной частоты анодных эффектов на кощных агаомтгае-х электролизерах.// Бюлл. 1Щ11Н Цветная металлургия.- 1972.- N 3.~ 15-36.

3. Исследование динамики выделения газа из расплавов на круп-лабораторной установке с горизонтальным аподом./Бурнакин В.В., Крю-вский P.A., Поляков П.В., Цыплаков A.M., Злобин B.C.// Изв. ВУЗов, отная металлургия. - 1973. - N3. - С.50-58.

4. Крюковский В.А., Куликов Ю.В., Цыплаков A.M., Сысоев A.B. снижению частоты анодных эффектов на электролизерах с верхним «эподводом.// Цветные металлы. - 1973. - N 9. - С.13-21.

5. Крюковский В.А., Поляков П.В., Цыплаков A.M., Ягозинский D.H. /чение концентрационных полей глинозема в электролитах промыш-ишх электролизеров.// Цветные металлы. - 1973. - N 0. - C.1Ö-21.

6. Исследование движения электролита и анодных гаэов на ви-сстемпературной модели промышленных электролизеров п обожжеяны-

виодамк./ Бурнияин В.В., Крюковский В.А., Можаев D.M., Поляков П.В., дрееа В.Н.// Изв. ВУЗов. Цпэтная металлургая. - 1975.- К 5,- С.52-68.

7. Ветюков U.U., Дыбшш B.C.. Крюковский В.А., Михалицын Н.С. Влияние циркуляции электролита иа электрохимическую составляющую напряжения.// Бюлл. ЦИИН Цветная металлургия,- 1975.- N 4,- С.32-34

8. Никитин A.B., Крюковский В.А., Ъйахалицын IJ.C. Исследование га-эонапогшекия и скорости течения анодных газов на мощных алюминиевых электролизерах. // Цветные металлы. - 1975. - N б. - С.31-35.

9. Исследование движения электролита и анодных газов на высо-котемпуратурной модели промышленных алюминиевых электролизеров с обожженными анодами. / Бурнахин В.В., Крюковский В.А., Ногаев B.1Í., Поляков П.В., Андреев В.Н. // Изв. ВУЗов. Цветная металлургия.-1976.-N 2- С. 81-85.

10. Исследование течения жидкой и газовой фаз на водной моделз алюминиевого электролизера. / Крюковский В.А., Поляков П.В., Бурна-кин В.В., Ножаев В.Ы., Михалицын Н.С. В сб.:Теплообиен и гидродинамик<

- Красноярск, 1S76. - Вып. 4. - С. 63-72.

11. 0 потоках расплава в меаспошосноы зазоре алюминиевого элек тролизера. / Мокаев В.М., Поляков П.В., Ва иленко Ю.Г., Крюковский В.А. Вурнакин В.В.// Цветные металлы. - 1978. - N 9. - С. 43-46.

12. Абрамов A.A., Шпаков В,И., Крюковский В.А., Сенин В.Н, Совершенствование технологии производства лигатуры алюминий-бор в электролизере.// Бюлл. ЦИИН Цветная металлургия,- 1978.- N 14.- С,22-2,'

13. Коэффициент увлечения электролита анодными газами в алюю ниеных электролизерах./ Бурнахин В.В., Крюковский В.А., Поляков П.В. к др.// Тезисы доклада т VII Всесоюзной конференции по физической хи мин ионных расплавов; - Свердловск. - 1979. - С. 150-152.

14. Высокотемпературная модель и моделирование гидродинамики алюминиевом электролизере./ Бурнахин В.В., Поляков П.В., Крюковскк В.А. и др. В сб.: Электрохимия ионных расплавов. - Киев, 1979. - С 159-163.

15. О выделении пузырьков углекислого газа при электролизе кри лит-глинозеиных расплавов./ Поляков ГШ. Можаев В.М., Вурнакин В.В. Крюковский В.Л., Ккколаенко В.Е,// Изв. ВУЗов. Цветная металлургия. 1979. - N 1. - С. 55-60.

16. Производство алюиикиево-марганцевой лигатуры в мощных ал миниезых электролизерах./ Абрамов A.A., Здаевсккй A.B., Крюковский B.¿ Кузнецов А.Н., Сенин В.Н., Сысоез A.B.// Бюлл. ЦИИН Цветная металлу^ гая. - 1980. - N 15. - С. 18-20.

17. Вурнакин В.В., Ког;аевВ.И., Крюковский В.А. Исследование мае сообмена между МПЗ и ПБА алюминиевых электролизеров методом низк< пературного моделировчлкя.// Изв. ВУЗов. Цветная металлургия. - 19£

- N 4. - С. 46-50.

18. Вурнакин В.В., Поляков П.В., Крюковский В.А. Массообыен в об ъеме расплава в алюминиевои электролизере.// Цветные металлы.-19£

- N 3. - С. 52-54.

19. Иванов В.Т., Крюховский В.А., Поляков П.В., Щербинин С.А. Ма тематическое моделирование теплоэнергетических процессов на ochoj линейной неравновесной термодинамики.// Инженерно-физический асу] нал - 1986. - N 1. - С. 137-138.

20. Иванов В.Т., Крюковский В.А,, Поляхов II.В., Щербинин С.А. Мс тематическое моделирование теплоэнергетических процессов в алюмиш евом электролизере. // Доклады АН СССР. - 1986. - т. 290. - N

- С. 672-675.

21. Крюковский В.А., Поляков П.В., Абрамов A.A., Иихалицын И.С., [ожаев В.Ы. Исследование процессов массоперелоса в алюминиевом лектролизере. // Цветные металлы. - 1970. - N 2. - С.24-20.

22. Щербинин С.А., Иванов В.Т., Крюковский В.А., Поляков П.В. Ис-педование теплового режима алюминиевого электролизера.// Цветные еталлы. - 19В8. - N 5, - С. 40-46.

23. Влияние распределения тока в катоде на показатели работы гпоыиниевого электролизера./ Евменов В.А.,Крюковский В.А.,Поляков П.В., урнакин В.В., Курашев Ю.А.// Цветные металлы. - 1986. - N 10. -

. 41-43.

24. Иванов В.Т., Крюковский В.А., Поляков П.В., Щербинин С.А. Ис-ледование теплового и электрического полей алюминиевого электроли-зра методом вычислительного эксперимента.// Цветные металлы. -19S7.

1. - С. 34-36.

25. Иванов В.Т., Крюковский В.А., Поляков П.В., Щербинин С.А. роверка достоверности результатов расчета теплового и электрического олей алюминиевого электролизера.// Цветные металлы. - 1987. - N 6.

С. 35-38.

26. Иванов В.Т., Крюковский В.А., Поляков П.В., Щербинин С.А. асчет горизонтальных токов в металле алюминиевого электролизера. / Цветные металлы. - 1S87. - N 7. - С. 48-51.

27. Иванов В.Т., Крюковский В.А., Поляков П.В., Щербинин С.А. асчет теплового поля алюминиевого электролизера.// Цветные металлы.

1987. - N 8. - С. 39-40.

28. Иванов В.Т., Крюковский В.А., Поляков П.В., Щербинин С.А. Магматическое моделирование электрических и тепловых полей в алю-иниевых электролизерах. Расчет и оптимизация электркческиго поля. / Электрохимия. - 1987. - т.23. - N 5. - С.620-624.

29. Иванов В.Т., Крюковский В.А., Поляков П.В., Щербинин С.А. Ма-шатическое моделирование электрических и тепловых полей в алюма-аевых электролизерах. Общая модель теплопереяоса в электрохими-гских системах и методы ее анализа.// Электрохимия. - 1967. - т.23.

N 11. - С. 1560-1565.

30. Крюковский В.А. 0 создании высокоэффективных алюминиевых 1ектролкзеров.// Цветные металлы. - 1987. — N 10. — С. 73-79.

31. Иванов В.Т., Крюковский В.А., Щербинин С.А., Юсупов Д.О. Сов-зстный расчет электрического л магнитного полей алюминиевого элек-юлиоера.// Цветные металлы. - 1909. - N 3. - С. 59-63.

32. Василевский О.И., Иванов В.Т., Крюковский В.А., Щербинин С.А. юленное исследование течений расплавов в алюминиевом электролиэе-;.// Цветные металлы. - 1909. - N 9. - С. 50-54.

33. Almukhnrnctov V.F., Krukovsky V.A., Kolcsnichenko V.l.; igneto-hydrodynamic phenomena In production of Aluminium by eckrolysis. Pr. Aliffl.// Light !,fetalis. - 1990.

34. Крюковский В.А., Дыблпн B.C. О применении статистических ;тодов исследования для анализа работы алюминиевых электролизе->в.// Цветные металлы. - 1989. - N 2. - С. 69-71.

35. Крюковский В.А., Ведершпсов Г.Ф. Исследования и разработки области электролитического производства алюминия. // Цветные ме-1ллы - 1990. - N 12. - С. 53-57.

36. A.C. 569632 СССР. Способ получения легированного алюмияи! ы электролизере. Баженов А.Е., Кузнецов А.Н., Савинов В.И., Овдеюсо М.Б Сысоев A.B., Синани Ы.Ф., Крюковский В.А., Абрамов A.A., Заливной В.И Кузьмин Г.Г. и Казанцев В.И. // БИ. - 1977. - N 31.

37. A.C. 973872 СССР. Способ управления серией алюминиевых зле тролизеров./ Турушев И.Г., Савинов В,И., Крюковский В.А.,Заливной В.] Громов B.C.// БИ. - 1982. - N 42.

30. A.C. 12GG412 СССР. Катодная секция алюминиевого олектроли зера./ Крюковский В.А., Бурнакин В.В., Поляков П.В., Щербинин С.А.// В - I960. - N 36.

39. A.C. 1271913 СССР, Катодное устройство алюминиевого элект лизера./ Крюковский В.А., Поляков П.В., Бурнакин В.В., Иванов В.Т Щербинин С.А.// ВН. -1986. - N 43.

40. A.C. 1242548 СССР. Электролизер для получения алюминия Крюковский В.А., Поляков П.В., Иванов В.Т., Заливной Б.И., Арнольд А.А Казанцев В.И., Щербинин С.А.// БИ. - 1966 - N 25.

41. A.C. 081454 СССР. Способ пуска алюминиевого электролизер / Крюковский В.А., Синани М.Ф., Крутько В.Р., Абрамов A.A., Сысоев AJ Кавалеров В.И.// БИ. - 1932. - N 46.

42. A.C. 926079 СССР. Катодная секция алюминиевого электролизера./ Крюковский В.А., Абрамов A.A., Савинов В.И., Поляков П.В., Бурнакин В.В., Милько В.Е.// ЕИ. - 1982. - N 17.

43. A.C. 1350191 СССР. Способ управления алюминиевым электроли зером./ Курашев Ю.А., Крюковский В.А., Заливной В.И., Касьяненко B.I Путржаша Е.В. и Родин И.Н.// БИ. -- 1987.- N -41