Помощь студентам в учебе
Исследования по разработке метода оценки качества анодной массы по выходу летучих веществ
|
АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 9
1 ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ СМЕШИВАНИЯ ПЕКОКОКСОВОЙ МАССЫ НА КАЧЕСТВО АНОДОВ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ДАННЫХ) 13
1.1 Технологический процесс производства анодов для алюминиевых
электролизеров 13
1.1.1 Сырьевые материалы для производства анодной массы
и обожженных анодов 13
1.1.2 Описание технологической схемы и основных технологических
операций производства обожженных анодов 20
1.1.3 Роль процесса смешивания в формировании качества обожженных
анодов 25
1.2 Влияние на процессы смешивания конструкции смесильных машин .. 26
1.3 Оборудование, применяемое для смешения анодной массы 28
1.3.1 Смесители периодического действия 28
1.3.2 Смесильные установки непрерывного действия 30
1.3.3 Смеситель интенсивного действия фирмы Айрих 32
1.4 Физико-химические процессы, происходящие при смешивании 33
1.5 Влияние технологических параметров подготовки пекококсовой массы
на процесс смешивания и свойств обожженных анодов 36
1.5.1 Влияние свойств нефтяного кокса и каменноугольного
пека - связующего на свойства пекококсовой массы 36
1.5.2 Влияние количества пека на свойства пекококсовой массы 38
1.5.3 Влияние грансостава шихты (количество тонкого помола и его
удельной поверхности) на свойства пекоксовой массы 42
1.5.4 Влияние температурных и временных параметров на свойства
пекококсовой массы 45
1.6 Анализ методов оценки качества пекококсовой массы 48
2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 55
2.1 Объекты исследования 55
2.2 Методы исследования 61
2.2.1 Определение выхода летучих веществ в пекококсовой композиции . 61
2.2.2 Определение кажущейся плотности спрессованных и обожженных
образцов анодных блоков 62
2.2.3 Определение механической прочности анодных блоков 63
2.2.4 Определение удельного электрического сопротивления 65
3 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 67
3.1 Исследование влияния количества пека на выход летучих веществ
в анодной массе и физико-механические свойства обожженных анодов ... 67
3.2 Исследование влияния количества тонкого помола в рецепте анодной
массы на выход летучих веществ и физико-механические свойства обожженных анодов 73
3.3 Исследование влияние температуры смешивания на выход летучих
веществ в анодной массе и физико-механические показатели обожженных анодов 79
4 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ 88
4.1 Основные источники и участки вредных и опасных факторов
при изготовлении анодных блоков 88
4.2 Основные мероприятия, направленные на безопасное проведение работ
88
4.3 Характеристика используемых материалов 90
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 94
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 96
ВВЕДЕНИЕ 9
1 ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ СМЕШИВАНИЯ ПЕКОКОКСОВОЙ МАССЫ НА КАЧЕСТВО АНОДОВ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ДАННЫХ) 13
1.1 Технологический процесс производства анодов для алюминиевых
электролизеров 13
1.1.1 Сырьевые материалы для производства анодной массы
и обожженных анодов 13
1.1.2 Описание технологической схемы и основных технологических
операций производства обожженных анодов 20
1.1.3 Роль процесса смешивания в формировании качества обожженных
анодов 25
1.2 Влияние на процессы смешивания конструкции смесильных машин .. 26
1.3 Оборудование, применяемое для смешения анодной массы 28
1.3.1 Смесители периодического действия 28
1.3.2 Смесильные установки непрерывного действия 30
1.3.3 Смеситель интенсивного действия фирмы Айрих 32
1.4 Физико-химические процессы, происходящие при смешивании 33
1.5 Влияние технологических параметров подготовки пекококсовой массы
на процесс смешивания и свойств обожженных анодов 36
1.5.1 Влияние свойств нефтяного кокса и каменноугольного
пека - связующего на свойства пекококсовой массы 36
1.5.2 Влияние количества пека на свойства пекококсовой массы 38
1.5.3 Влияние грансостава шихты (количество тонкого помола и его
удельной поверхности) на свойства пекоксовой массы 42
1.5.4 Влияние температурных и временных параметров на свойства
пекококсовой массы 45
1.6 Анализ методов оценки качества пекококсовой массы 48
2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 55
2.1 Объекты исследования 55
2.2 Методы исследования 61
2.2.1 Определение выхода летучих веществ в пекококсовой композиции . 61
2.2.2 Определение кажущейся плотности спрессованных и обожженных
образцов анодных блоков 62
2.2.3 Определение механической прочности анодных блоков 63
2.2.4 Определение удельного электрического сопротивления 65
3 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 67
3.1 Исследование влияния количества пека на выход летучих веществ
в анодной массе и физико-механические свойства обожженных анодов ... 67
3.2 Исследование влияния количества тонкого помола в рецепте анодной
массы на выход летучих веществ и физико-механические свойства обожженных анодов 73
3.3 Исследование влияние температуры смешивания на выход летучих
веществ в анодной массе и физико-механические показатели обожженных анодов 79
4 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ 88
4.1 Основные источники и участки вредных и опасных факторов
при изготовлении анодных блоков 88
4.2 Основные мероприятия, направленные на безопасное проведение работ
88
4.3 Характеристика используемых материалов 90
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 94
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 96
Развитие техники производства алюминия за последние 10 лет шло в основном по пути применения электролизеров большой мощности с обожженными анодами и верхним токоподводом. В результате увеличения единичной мощности таких электролизеров, внедрения более совершенных машин и механизмов для их обслуживания и с вводом в эксплуатацию новых промышленных серий, оснащенных электролизерами с верхним токоподводом, в алюминиевой промышленности значительно повышена производительность труда и снижена себестоимость выпускаемого алюминия.
В последние годы в странах Европы, США, Канаде и других развитых странах, производящих алюминий, завершается переход к применению предварительно обожженных анодов в электролизерах. В СНГ такая технология применяется в Таджикистане - на Государственном предприятии ГУП ТАЛКО, в России - на Саянском алюминиевом заводе и в Казахстане - на строящемся Павлодарском алюминиевом заводе. Это выгодно с точки зрения экономичности производства алюминия, так как сокращается расход анодов на 30...40 %
и значительно снижаются перепады напряжения в различных элементах анодного токоподвода. При этом, что особенно важно, улучшается экологичность процесса электролиза алюминия [1].
В настоящее время определены следующие основные преимущества электролизеров с обожженными анодами перед электролизерами с непрерывными анодами аналогичной мощности:
1) более низкий удельный расход электроэнергии на производство первичного алюминия (примерно на 800.1000 кВт-ч на 1 т алюминия) вследствие значительно меньших потерь напряжения в аноде;
2) меньший расход фтористых солей вследствие более низкой интенсивности газовыделения и гидролиза;
3) отсутствие выделений в атмосферу продуктов обжига анодов - смолистых погонов;
4) возможность при наличии укрытия и системы газоотсоса и газоочистки более эффективной системы улавливания и очистки, выделяющихся в процессе электролиза вредных газов и пыли (за рубежом электролизеры с обожженными анодами, как правило, эксплуатируются без укрытия);
5) возможность значительного повышения единичной мощности электролизера без ухудшения технико-экономических показателей электролиза вследствие более благоприятного характера распределения магнитного поля и равномерных по всей площади электролизера условий удаления из-под подошвы анодов, выделяющихся при электролизе газов [2].
Обожженные аноды алюминиевых электролизеров как
самообжигающиеся, так и предварительно обожженные играют важнейшую роль в технологии электролитического производства алюминия. Качество анодов зависит от целого ряда условий, начиная со свойств исходного электродного сырья (нефтяного или пекового кокса, каменноугольного пека), условий производства массы (дозирования, смешивания сырья, формование анодов, обжиг) и заканчивая состоянием технологии на самих электролизерах.
К свойствам анодов предъявляются следующие требования [3]:
- минимальное содержание примесей, загрязняющих алюминий и катализирующих реакции окисления;
- высокая электропроводность для снижения энергопотребления;
- достаточная механическая прочность, обеспечивающая целостность анода и проведение технологических операций;
- низкая реакционная способность к углекислому газу и воздуху (определяется наличием каталитических примесей), уменьшающая избыточный расход углерода.
Смешивание анодной массы сочетает в себе механические процессы образования максимальных контактных поверхностей между компонентами и физико-химические процессы взаимодействия составляющих компонентов смесей и является одной из важнейших операций в технологическом цикле производства обожженных анодов, определяющей их физико-механические и эксплуатационные свойства.
Важнейшей технологической задачей смешивания является равномерное распределение частиц углеродного наполнителя в смеси, а также равномерное распределение связующего по поверхности частиц наполнителя и заполнение пор наполнителя пеком.
В настоящее время качество процесса смешивания определяют по температуре и времени смешивания. Это не позволяет оценить качество самой массы, и степень влияния качества массы на уровень качества товарной продукции, а также корректировать процесс смешивания.
В связи с этим поиск и разработка методов оценки качества массы при смешивании для прогнозирования свойств обожженных анодов и понимания степени влияния качества массы на качество анодов, является актуальной работой.
Целью данной работы является исследование влияния технологических параметров изготовления анодной массы на выход летучих веществ и определение возможности использования данного метода для оценки качества массы.
Задачи:
- провести исследования влияния количества пека на выход летучих веществ из анодной массы и свойства анодов;
- провести исследования влияния количества тонкого помола на выход летучих веществ из массы и свойства анодов;
- провести исследования влияния температуры смешивания на выход летучих веществ и свойства анодов;
- оценить возможность использования методики определения выхода летучих веществ, как метода контроля качества массы на технологической операции смешивания при производстве обожженных анодов.
В последние годы в странах Европы, США, Канаде и других развитых странах, производящих алюминий, завершается переход к применению предварительно обожженных анодов в электролизерах. В СНГ такая технология применяется в Таджикистане - на Государственном предприятии ГУП ТАЛКО, в России - на Саянском алюминиевом заводе и в Казахстане - на строящемся Павлодарском алюминиевом заводе. Это выгодно с точки зрения экономичности производства алюминия, так как сокращается расход анодов на 30...40 %
и значительно снижаются перепады напряжения в различных элементах анодного токоподвода. При этом, что особенно важно, улучшается экологичность процесса электролиза алюминия [1].
В настоящее время определены следующие основные преимущества электролизеров с обожженными анодами перед электролизерами с непрерывными анодами аналогичной мощности:
1) более низкий удельный расход электроэнергии на производство первичного алюминия (примерно на 800.1000 кВт-ч на 1 т алюминия) вследствие значительно меньших потерь напряжения в аноде;
2) меньший расход фтористых солей вследствие более низкой интенсивности газовыделения и гидролиза;
3) отсутствие выделений в атмосферу продуктов обжига анодов - смолистых погонов;
4) возможность при наличии укрытия и системы газоотсоса и газоочистки более эффективной системы улавливания и очистки, выделяющихся в процессе электролиза вредных газов и пыли (за рубежом электролизеры с обожженными анодами, как правило, эксплуатируются без укрытия);
5) возможность значительного повышения единичной мощности электролизера без ухудшения технико-экономических показателей электролиза вследствие более благоприятного характера распределения магнитного поля и равномерных по всей площади электролизера условий удаления из-под подошвы анодов, выделяющихся при электролизе газов [2].
Обожженные аноды алюминиевых электролизеров как
самообжигающиеся, так и предварительно обожженные играют важнейшую роль в технологии электролитического производства алюминия. Качество анодов зависит от целого ряда условий, начиная со свойств исходного электродного сырья (нефтяного или пекового кокса, каменноугольного пека), условий производства массы (дозирования, смешивания сырья, формование анодов, обжиг) и заканчивая состоянием технологии на самих электролизерах.
К свойствам анодов предъявляются следующие требования [3]:
- минимальное содержание примесей, загрязняющих алюминий и катализирующих реакции окисления;
- высокая электропроводность для снижения энергопотребления;
- достаточная механическая прочность, обеспечивающая целостность анода и проведение технологических операций;
- низкая реакционная способность к углекислому газу и воздуху (определяется наличием каталитических примесей), уменьшающая избыточный расход углерода.
Смешивание анодной массы сочетает в себе механические процессы образования максимальных контактных поверхностей между компонентами и физико-химические процессы взаимодействия составляющих компонентов смесей и является одной из важнейших операций в технологическом цикле производства обожженных анодов, определяющей их физико-механические и эксплуатационные свойства.
Важнейшей технологической задачей смешивания является равномерное распределение частиц углеродного наполнителя в смеси, а также равномерное распределение связующего по поверхности частиц наполнителя и заполнение пор наполнителя пеком.
В настоящее время качество процесса смешивания определяют по температуре и времени смешивания. Это не позволяет оценить качество самой массы, и степень влияния качества массы на уровень качества товарной продукции, а также корректировать процесс смешивания.
В связи с этим поиск и разработка методов оценки качества массы при смешивании для прогнозирования свойств обожженных анодов и понимания степени влияния качества массы на качество анодов, является актуальной работой.
Целью данной работы является исследование влияния технологических параметров изготовления анодной массы на выход летучих веществ и определение возможности использования данного метода для оценки качества массы.
Задачи:
- провести исследования влияния количества пека на выход летучих веществ из анодной массы и свойства анодов;
- провести исследования влияния количества тонкого помола на выход летучих веществ из массы и свойства анодов;
- провести исследования влияния температуры смешивания на выход летучих веществ и свойства анодов;
- оценить возможность использования методики определения выхода летучих веществ, как метода контроля качества массы на технологической операции смешивания при производстве обожженных анодов.
1 Анализ литературных данных показал, что в технологическом процессе производства обожженных анодов, операция смешивания кокса и пека является одной из важнейших, т.к. однородность и качество массы влияет на свойства полученных обожженных анодов.
2 На качество анодной массы при смешивании оказывают влияние свойства сырья, гранулометрический состав наполнителя, количество пека, соотношение пека и кокса, время и температура смешивания, конструкция смесителей.
3 По литературным данным для оценки качества массы в промышленной технологии используют опосредованные параметры температуру и время смешивания, однако эти параметры не позволяют достоверно оценить качество массы. Есть сведения по использованию для оценки качества массы катодной продукции метода определения выхода летучих веществ.
4 В литературе нет данных по исследованиям оценки качества массы путем определения выхода летучих веществ, поэтому проведение исследований по влиянию технологических параметров изготовления анодных блоков на выход летучих веществ с целью использования данного метода в промышленной технологии является актуальным.
5 Результаты исследования влияния количества пека на выход летучих веществ из анодной массы и физико-механические свойства обожженных анодов показали, что при прессовании анодов с количеством пека 14... 16 % физико-механические показатели обожженных анодов соответствуют требованиям потребителей по плотности, прочности и УЭС, выход летучих веществ из массы изменяется в пределах 6,2.7 %
6 Результаты исследования влияния количества тонкого помола на выход летучих веществ из анодной массы показали, что для обеспечения требуемых значений физико-механических показателей обожженных анодов количество тонкого помола должно быть в пределах 28.32 %. Этим значениям количества тонкого помола соответствует выход летучих веществ из массы 5,8.4,0 %.
7 Результаты исследования влияния температуры смешивания на выход
летучих веществ из анодной массы показали, что для обеспечения требуемых физико-механических показателей обожженных анодов, рекомендуемым интервалом температур смешивания является 175.195 °С, выход летучих
веществ из массы изменяется при этом от 5,0.3,8 %.
8 Как показывают результаты исследований, метод определения выхода летучих веществ из массы может быть использован как метод оценки качества массы. Для получения обожженных анодов с физико-механическими показателями, соответствующими требованиям потребителей, выход летучих веществ из массы должен изменяться в пределах 4.7 %.
9 Для подтверждения полученных результатов необходимо ввести этот показатель оценки качества массы в технологический процесс как факультативный показатель, и провести статистический анализ данных по выходу летучих веществ из массы и физико-механическим показателям обожженных анодов.
10 Следует отметить, что показатель выхода летучих веществ, по времени проведения анализа, не является экспрессным и не позволяет проводить разбраковку массы. Однако определение этого показателя позволит выявлять причины брака продукции и более оперативно корректировать технологические параметры изготовления обожженных анодов.
2 На качество анодной массы при смешивании оказывают влияние свойства сырья, гранулометрический состав наполнителя, количество пека, соотношение пека и кокса, время и температура смешивания, конструкция смесителей.
3 По литературным данным для оценки качества массы в промышленной технологии используют опосредованные параметры температуру и время смешивания, однако эти параметры не позволяют достоверно оценить качество массы. Есть сведения по использованию для оценки качества массы катодной продукции метода определения выхода летучих веществ.
4 В литературе нет данных по исследованиям оценки качества массы путем определения выхода летучих веществ, поэтому проведение исследований по влиянию технологических параметров изготовления анодных блоков на выход летучих веществ с целью использования данного метода в промышленной технологии является актуальным.
5 Результаты исследования влияния количества пека на выход летучих веществ из анодной массы и физико-механические свойства обожженных анодов показали, что при прессовании анодов с количеством пека 14... 16 % физико-механические показатели обожженных анодов соответствуют требованиям потребителей по плотности, прочности и УЭС, выход летучих веществ из массы изменяется в пределах 6,2.7 %
6 Результаты исследования влияния количества тонкого помола на выход летучих веществ из анодной массы показали, что для обеспечения требуемых значений физико-механических показателей обожженных анодов количество тонкого помола должно быть в пределах 28.32 %. Этим значениям количества тонкого помола соответствует выход летучих веществ из массы 5,8.4,0 %.
7 Результаты исследования влияния температуры смешивания на выход
летучих веществ из анодной массы показали, что для обеспечения требуемых физико-механических показателей обожженных анодов, рекомендуемым интервалом температур смешивания является 175.195 °С, выход летучих
веществ из массы изменяется при этом от 5,0.3,8 %.
8 Как показывают результаты исследований, метод определения выхода летучих веществ из массы может быть использован как метод оценки качества массы. Для получения обожженных анодов с физико-механическими показателями, соответствующими требованиям потребителей, выход летучих веществ из массы должен изменяться в пределах 4.7 %.
9 Для подтверждения полученных результатов необходимо ввести этот показатель оценки качества массы в технологический процесс как факультативный показатель, и провести статистический анализ данных по выходу летучих веществ из массы и физико-механическим показателям обожженных анодов.
10 Следует отметить, что показатель выхода летучих веществ, по времени проведения анализа, не является экспрессным и не позволяет проводить разбраковку массы. Однако определение этого показателя позволит выявлять причины брака продукции и более оперативно корректировать технологические параметры изготовления обожженных анодов.
