Таблица 1.2
Показатели работы электролизеров с обожженными анодами
| Наименование | Ед. изм. | 150 кА | 185 кА | 280 кА |
| Выход на ванно-сутки | кг Al | 1200 | 1500 | 2000 |
| Удельный расход электроэнергии (интервал) | кВтч/кг Al | 13-15 | 13-14 | 12.5-13.5 |
| Состав анодных газов (пределы) | %СО2* | 70-85 | 75-90 | 85-90 |
| Катодный выход по току (пределы) | % | 88-92 | 91-96 | 94-96 |
| Расход Al2O3 | кг/кг Al | 1.9 | 1.9 | 1.9 |
| Типичный расход анодного углерода | кг/кг Al | 0.45 | 0.43 | 0.41 |
| Расход фторсолей** (прибл.) | кг/100 кг Al | 2-3 | 1-2 | 1-2 |
| Чистота произведенного алюминия | % | 99.85 | 99.85 | 99.85 |
| Срок службы электролизеров | лет | 3-6 | 5-8 | 5-8 |
* остальное СО
** в виде Na3AlF6 + AlF3
Округленные данные, приведенные в табл.1.2 дают обзор технико - экономических показателей индивидуальных производителей. Они имеют различные величины эффективности использования электроэнергии и анодного углерода. Величины потребления анодного углерода непосредственно зависят как от качества электродов (включая подбор сырья), так и типа защиты от окисления воздухом. Многие производители используют до 1% алюминия для напыления на аноды и защиты их от окисления. Во всех случаях важно также укрывать открывшиеся секции анодов глиноземом для уменьшения окисления.
В таблице 1.3 приведены типичные эксплуатационные характеристики промышленных электролизеров. В этой таблице сравниваются данные, характерные для лучших показателей технологии Содерберга и технологии обожженных анодов. Следует отметить, что величины любого из параметров не обязательно оптимальны. Пока все детали для наилучшей технологии не определены, общие энергозатраты для этих двух технологий составляют соответственно 12.7 и 12.4 кВтч/кг алюминия.
Как видно из рис.1.6, конструкция современного электролизера обычно включает укрытие, которое соединено с системой газоотсоса и газоочистки. Это позволяет сохранять окружающую среду в районе электролизной серии и снизить выбросы, отходящие от промышленной площадки. Дымососы обеспечивают эффективный газоотсос несмотря на невысокую герметичность электролизера. Отходящие газы содержат в основном двуокись углерода (поскольку основная часть моноооксида углерода сразу дожигается над электролитом), азот, кислород, фториды и мелкую глиноземную пыль. Для улавливания и возврата в производство фторидов и пыли разработаны различные способы. Укрытие является одним из четырех конструктивных доработок, используемых с 60-х годов. Другими являются вышеупомянутое автоматизированное питание глиноземом, использование угольных или графитовых блоков в конструкции катода и компенсация магнитных полей для стабилизации поверхности металла. Улучшенные показатели, приведенные в табл.1.3 являются следствием этих нововведений. Модернизация проводилась как модифицированием старых электролизеров, так и введением в строй новых.
Таблица 1.3
Технологические параметры работы электролизеров
| Наименование | Ед. изм. | Типичные для обожженных анодов | Лучшие для Содерберга | Лучшие для обожженных анодов |
| Температура | ОС | 940-980 | 940 | 940 |
| Междуполюсное расстояние | см | 4-6 | 5 | 4-5 |
| Избыток AlF3 в Na3AlF6 | масс% | 3-10 | 3-10 | 10-15 |
| Криолитовое отношение | 2.2-2.9 | <2.6 | <2.6 | |
| Концентрация Al2O3 | масс% | 2-8 | 2-8 | 2-4 |
| Содержание СaF2 | масс% | 2-8 | 2-8 | 4-6 |
| Рабочее напряжение | В | 4-5 | 4.10 | 3.90 |
| Падение напряжения в аноде | В | 0.3 | 0.46 | 0.30 |
| Падение напряжения в катоде | В | ~0.4 | ~0.26 | ~0.25 |
| Падение напряжения в ошиновке | B | ~0.2 | ~0.17 | ~0.19 |
| Падение напряжения в электролите | В | ~1.3-1.8 | ~1.52 | ~1.51 |
| Напряжение разложения | В | ~1.2* | ~1.2 | ~1.2 |
| Перенапряжение | В | ~0.5 | ~0.45 | ~0.45 |
| Падение напряжения вследствии анодных эффектов | В | ~0.1 | ~0.04 | ~0.01 |
| Плотность тока (анодная) | А/см2 | 0.7-1.2 | 0.67 | 0.7 |
| Уровень металла | см | 14-40 | 20-40 | 20-25 |
Рассмотрим технологию производства первичного алюминия, производство товарного продукта, ниже приводим его краткий обзор. Он варьируется от первичного алюминия до специальных сплавов, а легирующие добавки при производстве сплавов используются для придания алюминию специфических физических свойств. Обычно посторонние материалы оказывают вредное влияние на физические свойства, и поэтому они должны быть удалены из используемого сырья. Легирующие добавки обычно вводятся в виде высоко концентрированного алюминиевого сплава или чистого металла, что обычно выполняется на стадии переплава.
Металл, произведенный непосредственно в электролизерах является относительно чистым (обычно он содержит более 99.8% алюминия) и мягким. Его можно использовать в тех отраслях, где механическая прочность не является критерием первостепенной важности. Большинство примесей переходят в алюминий из сырья (глинозема, анодного углерода и электролитных добавок), и в этом случае применительно к сырью существуют такие требования, как отсутствие в нем элементов, влияющих на дальнейшую обработку алюминия. Это особенно важно, когда алюминий прокатывается в тонкую фольгу, или волочится для получения проволоки. В этих случаях наличие примесей приводит к образованию включений, газовых пор и локальным изменениям механических свойств. Кроме производства фольги и проволоки, другими непосредственными способами обработки алюминия является листопрокат и штамповка. Небольшая часть металла перерабатывается в мелкодисперсный порошок для получения паст, используемых при покраске, для производства взрывчатых веществ и в пиротехнике.
2.Рассмотрение технологического процесса с точки зрения автоматизации.
За процессом электролиза алюминия следит система автоматизации процесса электролиза ТРОЛЛЬ.
Система автоматизации процесса электролиза алюминия представляет собой комплекс программно-технических средств. Названия ТРОЛЛЬ-5 и ТРОЛЛЬ-2000 относятся соответственно к оборудованию и программному обеспечению последнего поколения АСУ ТП электролиза алюминия фирмы ТоксСофт. Таким образом:
· ТРОЛЛЬ-5 – блоки управления электролизерами АСУ ТП электролиза;
· ТРОЛЛЬ-2000 – программное обеспечение АСУ ТП электролиза.
Разделение названий оборудования и программного обеспечения вызвано тем, что программное обеспечение ТРОЛЛЬ-2000 способно работать на всем спектре оборудования, производимого фирмой ТоксСофт начиная с 1994 года. Более того, ПО ТРОЛЛЬ-2000 построено таким образом, что к его верхнему уровню можно подключить любое оборудование распределенных централизованных систем автоматизации других производителей.
В настоящее время фирмой ТоксСофт установлено на разных заводах несколько поколении оборудования АСУ ТП электролиза:
ТРОЛЛЬ-5 – современная версия оборудования системы, установлено в Волгограде, Братске, Иркутске .
Новое программное обеспечение ТРОЛЛЬ-2000 может быть установлено на любой из перечисленных систем, вне зависимости от оборудования и объема внедрения.
Основу аппаратного обеспечения системы составляют блоки управления ТРОЛЛЬ-5, установленные в корпусе электролиза. Группа БУ соединена между собой по коаксиальному кабелю. Группы подключены по схеме «звезда» к концентратору сети корпуса (КСК), представляющего собой оптоволоконный хаб сети ArcNet. К концентратору подключается также и Контроллер тока и напряжения серии (КТНС), установленный на КПП, который производит замер и раздачу по блокам управления значения тока серии.
Концентраторы сети корпусов подключены по оптоволоконному кабелю к маршрутизатору системы ТРОЛЛЬ. Маршрутизатор устанавливается в помещении пультовой АСУ ТП. Там же установлены серверы системы: сервер реального времени (СРВ) и сервер базы данных (СБД). С одной стороны, серверы получают информацию от маршрутизатора системы. С другой стороны, серверы открывают доступ к данным из заводской сети. Любой компьютер, подключенный к сети предприятия, может иметь доступ как к данным в реальном времени (через СРВ), так и к накопленным данным, сводкам, отчетам (через СБД).
В базовую поставку системы ТРОЛЛЬ входит следующие компоненты:
· Блоки управления ТРОЛЛЬ-5 – предназначены для управления двумя электролизерами, выполняют автоматическое технологическое управление, оперативное управление с панели, временное хранение и передачу информации по сети; устанавливаются в непосредственной близости от подключаемых электролизеров.
· Технологическая сеть ArcNet – Технологическая сеть, предназначена для организации обмена данными между блоками управления и программно-техническими средствами верхнего уровня; физически представляет собой оптоволоконную сеть Arcnet, которая обеспечивает передачу информации с гарантированным временем доступа и отсутствие коллизий. По сравнению с предыдущими версиями системы не претерпела значительных изменений за исключением того, что в качестве транспортного протокола теперь используется протокол TCP/IP.