Помощь студентам в учебе
Исследование свойств холодно-набивной массы с использованием в качестве наполнителя электрокальцинированного антрацита
|
АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 6
1 АНАЛИЗ ОТЕЧЕСТВЕННОЙ И ЗАРУБЕЖНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ПО
ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ, СВОЙСТВАМ И
ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ СТОЙКОСТИ ХОЛОДНО-НАБИВНЫХ МАСС
ДЛЯ ЗАДЕЛКИ МЕЖБЛОЧНЫХ ШВОВ АЛЮМИНИЕВЫХ
ЭЛЕКТРОЛИЗЕРОВ 9
1.1Применение и свойства холодно- набивных масс 9
1.2 Технология изготовления холодно-набивной массы 14
1.3 Свойства сырья для изготовления холодно - набивных масс 17
1.4 Влияние свойств сырья и технологии изготовления на свойства массы 21
1.5. Усадка массы при обжиге подины электролизера 25
1.6 Влияние различных факторов на усадку массы 30
1.6.1 Влияние степени уплотнения 30
1.6.2 Влияние скорости нагрева на усадку 31
1.6.3 Влияние гранулометрического состава 33
1.7 Технология набойки массы в подине электролизера 36
1.7.1. Технологические особенности применения холодно-набивной массы 36
1.7.2 Технология набойки 37
1.8 Анализ методов контроля качества массы и их влияние на
эксплуатационную стойкость массы 39
2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 46
2.1 Объекты исследования 46
2.2 Методы исследования 51
2.2.1 Определение степени уплотнения 51
2.2.2 Определение предела прочности на сжатие 52
2.2.3 Определение кажущейся плотности необожженой массы 53
2.2.4 Определение кажущейся плотности обожженной массы 53
2.2.5 Определение объемного расширения 54
2.2.6 Определение открытой пористости 54
2.2.7 Определение общей пористости обожженной массы 55
2.2.8 Методика определения линейных изменений образцов массы в
процессе обжига 55
2.2.9 Определение теплопроводности 55
2.2.10 Определение удельного электрического сопротивления (УЭС) .... 56
3 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 58
3.1 Определение свойств холодно набивной массы с использованием в
качестве наполнителя электрокальцинированного антрацита 58
3.2 Исследование свойств опытной холодно-набивной массы на ЭКА на
импортном и отечественном пеке в зависимости от способа изготовления образцов 61
3.3 Исследование свойств холодно-набивной массы в зависимости от
температуры массы 69
3.4 Исследование изменения линейных размеров массы в процессе обжига 73
4 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ 86
4.1 Основные источники и участки вредных и опасных факторов при
ведении технологического процесса 86
4.2 Основные мероприятия, направленные на безопасное проведение
работ 86
4.3 Характеристика используемых материалов 88
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 91
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 94
ВВЕДЕНИЕ 6
1 АНАЛИЗ ОТЕЧЕСТВЕННОЙ И ЗАРУБЕЖНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ПО
ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ, СВОЙСТВАМ И
ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ СТОЙКОСТИ ХОЛОДНО-НАБИВНЫХ МАСС
ДЛЯ ЗАДЕЛКИ МЕЖБЛОЧНЫХ ШВОВ АЛЮМИНИЕВЫХ
ЭЛЕКТРОЛИЗЕРОВ 9
1.1Применение и свойства холодно- набивных масс 9
1.2 Технология изготовления холодно-набивной массы 14
1.3 Свойства сырья для изготовления холодно - набивных масс 17
1.4 Влияние свойств сырья и технологии изготовления на свойства массы 21
1.5. Усадка массы при обжиге подины электролизера 25
1.6 Влияние различных факторов на усадку массы 30
1.6.1 Влияние степени уплотнения 30
1.6.2 Влияние скорости нагрева на усадку 31
1.6.3 Влияние гранулометрического состава 33
1.7 Технология набойки массы в подине электролизера 36
1.7.1. Технологические особенности применения холодно-набивной массы 36
1.7.2 Технология набойки 37
1.8 Анализ методов контроля качества массы и их влияние на
эксплуатационную стойкость массы 39
2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 46
2.1 Объекты исследования 46
2.2 Методы исследования 51
2.2.1 Определение степени уплотнения 51
2.2.2 Определение предела прочности на сжатие 52
2.2.3 Определение кажущейся плотности необожженой массы 53
2.2.4 Определение кажущейся плотности обожженной массы 53
2.2.5 Определение объемного расширения 54
2.2.6 Определение открытой пористости 54
2.2.7 Определение общей пористости обожженной массы 55
2.2.8 Методика определения линейных изменений образцов массы в
процессе обжига 55
2.2.9 Определение теплопроводности 55
2.2.10 Определение удельного электрического сопротивления (УЭС) .... 56
3 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 58
3.1 Определение свойств холодно набивной массы с использованием в
качестве наполнителя электрокальцинированного антрацита 58
3.2 Исследование свойств опытной холодно-набивной массы на ЭКА на
импортном и отечественном пеке в зависимости от способа изготовления образцов 61
3.3 Исследование свойств холодно-набивной массы в зависимости от
температуры массы 69
3.4 Исследование изменения линейных размеров массы в процессе обжига 73
4 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ 86
4.1 Основные источники и участки вредных и опасных факторов при
ведении технологического процесса 86
4.2 Основные мероприятия, направленные на безопасное проведение
работ 86
4.3 Характеристика используемых материалов 88
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 91
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 94
Новейшие тенденции в технологии производства алюминия, характеризующиеся увеличением мощности электролизеров, привели к новой специфике потребления набивных подовых масс. В соответствии со спросом и ассортиментом подовых футеровочных блоков различными фирмами производятся массы теплопроводные, электропроводные, горяченабивные, холодно-набивные, самоотверждающиеся и т.д., каждая из которых предназначена для конкретных типов блоков и способов их монтажа в подине.
Набивные массы, применяемые в электролизерах для производства первичного алюминия, состоят в основном из смеси сухого наполнителя (как правило, антрацитаразличной степени прокалки, искусственного графита) и связующего (пластифицированногопека). На сегодняшний день, в основном, используется холодно-набивная масса, которая является одним из основных материалов, оказывающих влияние на срок службы электролизера и имеет важное значение для производителей алюминия.
Основные эксплуатационные свойства холодно-набивные подовые массы (ХНПМ) приобретают в процессе уплотнения (набойки в швах) и последующего обжига, поэтому для них важными характеристиками являются свойства сырья, гранулометрический состав наполнителя, максимальный размер зерна, количество связующего, условия обжига.
Срок службы футеровки алюминиевых электролизеров оказывает значительное влияние на экономику производственного процесса. Стоимость повторной футеровки электролизеров большой мощности очень высока как из-за стоимости материала, так и из-за трудоемкости процесса футеровки. К тому же при проведении повторной футеровки производство останавливается.
Вскрытие электролизеров показало, что большинство ранних повреждении футеровки связано с качеством швов.
Швы плохого качества могут приводить к росту падения напряжения, но не непосредственно, поскольку большая часть тока проходит через катодные блоки, а косвенно - путем разрушения поверхности раздела катод - масса из- за проникновения металла в ванну через трещины в швах или зазоры между блоками и швами.
Разрушение швов можно охарактеризовать двумя категориями, связанными с физико-механическими свойствами массы и эффектами усадки-расширения набивной массы при обжиге. Растрескивание материала шва в значительной мере, по сравнению с материалом блока, способствует разрушение футеровки. Чрезмерная усадка или расширение материала шва может привести к разрушению за счет появления трещин, а также к образованию зазоров между блоками и швами, которые способствуют разрушению футеровки.
В настоящее время, в связи со строительством новых алюминиевых заводов и реконструкцией электролизеров на действующих заводах плотности тока увеличились от 150-160 КА до 180-300 КА. Поэтому подовые блоки стали изготавливаются с использованием электрокальцинированного антрацита с добавлением разного количества искусственного графита, что привело к повышению их физико-механических свойств. Физикомеханические свойства холодно-набивной массы для набойки швов алюминиевых электролизеров должны быть сопоставимы со свойствами катодов как по сырьевому составу, так и по физико-механическому.
В связи с этим разработка технологии изготовления холодно-набивной массы на электрокальцинированном антраците является весьма актуальной.
Цель дипломной работы - изготовить опытные партии и провести исследование свойств холодно-набивной массы на электрокальцинированном антраците.
Задачи:
1. Провести исследования физико-механическихсвойств опытной холодно-набивной массы на электрокальцинированном антраците в сравнении с требованиями потребителей и свойствами импортной массы, используемой на
алюминиевых заводах;
2. Провести сравнительный анализ физико-механических свойств опытной холодно-набивной массы с использованием ЭКА в зависимости от свойств пластифицированного пека;
3. Провести исследования физико-механических свойств массы на ЭКА в зависимости от способа изготовления образцов для анализа.
4. Провести сравнительныеисследования линейных изменений опытной массы на ЭКА и импортной массы при разных способах изготовления образцов.
Набивные массы, применяемые в электролизерах для производства первичного алюминия, состоят в основном из смеси сухого наполнителя (как правило, антрацитаразличной степени прокалки, искусственного графита) и связующего (пластифицированногопека). На сегодняшний день, в основном, используется холодно-набивная масса, которая является одним из основных материалов, оказывающих влияние на срок службы электролизера и имеет важное значение для производителей алюминия.
Основные эксплуатационные свойства холодно-набивные подовые массы (ХНПМ) приобретают в процессе уплотнения (набойки в швах) и последующего обжига, поэтому для них важными характеристиками являются свойства сырья, гранулометрический состав наполнителя, максимальный размер зерна, количество связующего, условия обжига.
Срок службы футеровки алюминиевых электролизеров оказывает значительное влияние на экономику производственного процесса. Стоимость повторной футеровки электролизеров большой мощности очень высока как из-за стоимости материала, так и из-за трудоемкости процесса футеровки. К тому же при проведении повторной футеровки производство останавливается.
Вскрытие электролизеров показало, что большинство ранних повреждении футеровки связано с качеством швов.
Швы плохого качества могут приводить к росту падения напряжения, но не непосредственно, поскольку большая часть тока проходит через катодные блоки, а косвенно - путем разрушения поверхности раздела катод - масса из- за проникновения металла в ванну через трещины в швах или зазоры между блоками и швами.
Разрушение швов можно охарактеризовать двумя категориями, связанными с физико-механическими свойствами массы и эффектами усадки-расширения набивной массы при обжиге. Растрескивание материала шва в значительной мере, по сравнению с материалом блока, способствует разрушение футеровки. Чрезмерная усадка или расширение материала шва может привести к разрушению за счет появления трещин, а также к образованию зазоров между блоками и швами, которые способствуют разрушению футеровки.
В настоящее время, в связи со строительством новых алюминиевых заводов и реконструкцией электролизеров на действующих заводах плотности тока увеличились от 150-160 КА до 180-300 КА. Поэтому подовые блоки стали изготавливаются с использованием электрокальцинированного антрацита с добавлением разного количества искусственного графита, что привело к повышению их физико-механических свойств. Физикомеханические свойства холодно-набивной массы для набойки швов алюминиевых электролизеров должны быть сопоставимы со свойствами катодов как по сырьевому составу, так и по физико-механическому.
В связи с этим разработка технологии изготовления холодно-набивной массы на электрокальцинированном антраците является весьма актуальной.
Цель дипломной работы - изготовить опытные партии и провести исследование свойств холодно-набивной массы на электрокальцинированном антраците.
Задачи:
1. Провести исследования физико-механическихсвойств опытной холодно-набивной массы на электрокальцинированном антраците в сравнении с требованиями потребителей и свойствами импортной массы, используемой на
алюминиевых заводах;
2. Провести сравнительный анализ физико-механических свойств опытной холодно-набивной массы с использованием ЭКА в зависимости от свойств пластифицированного пека;
3. Провести исследования физико-механических свойств массы на ЭКА в зависимости от способа изготовления образцов для анализа.
4. Провести сравнительныеисследования линейных изменений опытной массы на ЭКА и импортной массы при разных способах изготовления образцов.
Анализ литературных данных показал:
1. В настоящее время для заделки межблочных и периферийных швов при футеровке алюминиевых электролизеров используется холодно-набивная масса, которая является одним из основных материалов, оказывающих влияние на срок службы электролизера
2. При эксплуатации электролизеров большинство ранних повреждений футеровки происходит в результате проникновения металла в углеродную футеровку через трещины в швах или зазоры между блоками и швами, что приводит к остановке электролизера
3. Основным сырьем для производства холодно-набивных масс являются антрацит разной степени термообработки, искусственный графит и пластифицированный каменноугольный пек.
4. Основные физико-механические и эксплуатационные свойства холоднонабивные подовые массы (ХНПМ) приобретают в процессе уплотнения и последующего обжига и зависят от свойств сырья, гранулометрического состав наполнителя, максимального размера зерна, количество связующего, условий обжига.
5. Для определения оптимального гранулометрического состава может быть использована кажущаяся плотность необожженной массы, которая зависит от свойств исходных сырьевых материалов и от методики подготовки образцов для испытаний
6. Одним из основных показателей качества массы является расширение и усадка в процессе обжига и эксплуатации. Усадка массы должна быть меньше термического расширения подовых блоков и по литературным данным должна составлять не более 0,2%.
7. Исследование свойств опытной массы на ЭКА (при изготовлении образцов в соответствии с ТУ способом формовки) в зависимости от качества пека показали, что масса на импортном пеке имеет более высокую механическую прочность на сжатие, более низкие значениями УЭС и относительной усадки
8. Опытная масса на ЭКА (на импортном и отечественном пеке), так же как и импортная масса практически по всем физико-механическим показателям, кроме относительной усадки соответствует требованиям потребителей.
9. Сравнительный анализ влияния способа изготовления образцов на физико-механические показатели опытной массы на ЭКА (на отечественном и импортном пластифицированном пеке) и импортной массы показывает, что самые высокие значения мехпрочности, кажущейся плотности и низкие значения УЭС и относительной усадки достигнуты на образцах при изготовлении их набойкой 350 ударов.
10. По результатам исследований, а также с учетом того что в промышленных условиях холодно-набивную массу в межблочные и периферийные швы подины электролизера набивают ударным способом, рекомендуется внести изменение в технические условия на холоднонабивную массу по изготовлению образцов для анализа свойств массы ударным способом вместо формовки.
11. Полученные данные по изменению кажущейся плотности необожженной опытной массы и импортной массы в зависимости от температуры массы и способа изготовления образцов позволяют сделать вывод о том, что для получения плотного межблочного шва в подине электролизера необходимо проводить набойку опытной массы на ЭКА при температуре не менее 25°С, ударным способом не менее 350 ударов.
12. Результаты определения линейных изменений массы в процессе обжига, подтверждают сделанные ранее выводы о том, что наиболее эффективным способом набойки швов опытной массой на ЭКА является ударный способ с количеством ударов не менее 350. При этом получаются межблочные швы имеющие более низкое расширение и усадку при обжиге подины, что приведет к увеличению срока эксплуатации подины.
13. Свойства опытной холодно набивной массы на ЭКА при ударном способе изготовления образцов 350 ударов, соответствует требованиям потребителей по всем физико-механическим показателям и усадке массы при обжиге. Полученная опытная масса на ЭКА сопоставима по своим свойствам с импортной массой и может быть рекомендована для серийного производства
14.Отсутствие дорогостоящего графита в составе опытной массы на ЭКА позволит снизить себестоимость массы примерно на 15 %
1. В настоящее время для заделки межблочных и периферийных швов при футеровке алюминиевых электролизеров используется холодно-набивная масса, которая является одним из основных материалов, оказывающих влияние на срок службы электролизера
2. При эксплуатации электролизеров большинство ранних повреждений футеровки происходит в результате проникновения металла в углеродную футеровку через трещины в швах или зазоры между блоками и швами, что приводит к остановке электролизера
3. Основным сырьем для производства холодно-набивных масс являются антрацит разной степени термообработки, искусственный графит и пластифицированный каменноугольный пек.
4. Основные физико-механические и эксплуатационные свойства холоднонабивные подовые массы (ХНПМ) приобретают в процессе уплотнения и последующего обжига и зависят от свойств сырья, гранулометрического состав наполнителя, максимального размера зерна, количество связующего, условий обжига.
5. Для определения оптимального гранулометрического состава может быть использована кажущаяся плотность необожженной массы, которая зависит от свойств исходных сырьевых материалов и от методики подготовки образцов для испытаний
6. Одним из основных показателей качества массы является расширение и усадка в процессе обжига и эксплуатации. Усадка массы должна быть меньше термического расширения подовых блоков и по литературным данным должна составлять не более 0,2%.
7. Исследование свойств опытной массы на ЭКА (при изготовлении образцов в соответствии с ТУ способом формовки) в зависимости от качества пека показали, что масса на импортном пеке имеет более высокую механическую прочность на сжатие, более низкие значениями УЭС и относительной усадки
8. Опытная масса на ЭКА (на импортном и отечественном пеке), так же как и импортная масса практически по всем физико-механическим показателям, кроме относительной усадки соответствует требованиям потребителей.
9. Сравнительный анализ влияния способа изготовления образцов на физико-механические показатели опытной массы на ЭКА (на отечественном и импортном пластифицированном пеке) и импортной массы показывает, что самые высокие значения мехпрочности, кажущейся плотности и низкие значения УЭС и относительной усадки достигнуты на образцах при изготовлении их набойкой 350 ударов.
10. По результатам исследований, а также с учетом того что в промышленных условиях холодно-набивную массу в межблочные и периферийные швы подины электролизера набивают ударным способом, рекомендуется внести изменение в технические условия на холоднонабивную массу по изготовлению образцов для анализа свойств массы ударным способом вместо формовки.
11. Полученные данные по изменению кажущейся плотности необожженной опытной массы и импортной массы в зависимости от температуры массы и способа изготовления образцов позволяют сделать вывод о том, что для получения плотного межблочного шва в подине электролизера необходимо проводить набойку опытной массы на ЭКА при температуре не менее 25°С, ударным способом не менее 350 ударов.
12. Результаты определения линейных изменений массы в процессе обжига, подтверждают сделанные ранее выводы о том, что наиболее эффективным способом набойки швов опытной массой на ЭКА является ударный способ с количеством ударов не менее 350. При этом получаются межблочные швы имеющие более низкое расширение и усадку при обжиге подины, что приведет к увеличению срока эксплуатации подины.
13. Свойства опытной холодно набивной массы на ЭКА при ударном способе изготовления образцов 350 ударов, соответствует требованиям потребителей по всем физико-механическим показателям и усадке массы при обжиге. Полученная опытная масса на ЭКА сопоставима по своим свойствам с импортной массой и может быть рекомендована для серийного производства
14.Отсутствие дорогостоящего графита в составе опытной массы на ЭКА позволит снизить себестоимость массы примерно на 15 %
