ipolytechiPolytech JournaliPolytech Journal2782-40042782-6341Irkutsk National Research Technical University10.21285/1814-3520-2026-1-158-171XPSCBMipolytech-1039Research ArticleМЕТАЛЛУРГИЯMETALLURGYУсовершенствование конструкции системы автоматической подачи глинозёма в электролизёр с обожжёнными анодамиImproved design of the automatic alumina feeding system in a prebaked-anode electrolyzerhttps://orcid.org/0009-0001-3396-6368ПузановИ. И.PuzanovI. I.

Пузанов Илья Иванович, директор проекта

660111, г. Красноярск, ул. Пограничников, д. 37 стр. 1

Ilya I. Puzanov, Project director

37/1 Pogranichnikov St., Krasnoyarsk 660111 

iliya.puzanov@rusal.comhttps://orcid.org/0009-0002-2701-7817КлимкинаН. В.KlimkinaN. V.

Климкина Нина Валерьевна, менеджер

660111, г. Красноярск, ул. Пограничников, д. 37 стр. 1

Nina V. Klimkina, Manager

37/1 Pogranichnikov St., Krasnoyarsk 660111 

Nina.Ogoreltseva@rusal.comhttps://orcid.org/0000-0002-1355-7399БелоусоваН. В.BelousovaN. V.

Белоусова Наталья Викторовна, доктор химических наук, профессор, заведующий кафедрой металлургии цветных металлов

660041, г. Красноярск, Свободный просп., д. 79 

Natalia V. Belousova, Dr. Sci. (Chem.), Professor, Head of the Department of Non-Ferrous Metals Metallurgy

79 Svobodny pr., Krasnoyarsk 660041 

NBelousova@sfu-kras.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8561-5383СысоевИ. А.SysoevI. A.

Сысоев Иван Алексеевич, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры металлургии цветных металлов

664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83 

Ivan A. Sysoev, Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor, Associate Professor of the Department of Non-Ferrous Metals Metallurgy

83, Lermontov St., Irkutsk 664074 

ivansys@istu.eduООО «Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр»РоссияLimited Liability Company «RUSAL Engineering and Technology CentreRussian FederationСибирский федеральный университетРоссияSiberian Federal UniversityRussian FederationИркутский национальный исследовательский технический университетРоссияIrkutsk National Research Technical UniversityRussian Federation202629032026301158171Copyright © Пузанов И.И., Климкина Н.В., Белоусова Н.В., Сысоев И.А., 20262026Пузанов И.И., Климкина Н.В., Белоусова Н.В., Сысоев И.А.Puzanov I.I., Klimkina N.V., Belousova N.V., Sysoev I.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ipolytech.elpub.ru/jour/article/view/1039

Цель работы – усовершенствование конструкции наконечника пробойника системы автоматической подачи глинозема, действующей на электролизерах РА-550 с предварительно обожженными анодами. Объектом исследования являлся термостабилизатор, изготовленный в виде полого штока с наконечником и спиральным оребрением, частично заполненным водой в качестве теплоносителя. Испытания объекта производились с использованием тепловизора Flir с применением программы анализа изображений Flir Tools. Корректировка коэффициента излучения поверхности объекта осуществлялась путем поверки значений температур контактной термопарой типа К. Построение экспериментальных зависимостей и расчет полученных закономерностей производились с использованием пакетов прикладных программ Matlab и Microsoft Excel. Опытно-промышленные испытания шести образцов термостабилизатора выполнялись на производственной площадке АО «РУСАЛ Саяногорск». Установлено, что максимальное время нахождения наконечника пробойника в расплаве электролита составляет не более двух минут. Показано, что средняя скорость изменения температуры наконечника как при нагреве, так и при охлаждении составляет 45°C в минуту. Установлено, что при температуре наконечника ниже 250°C отсутствует эффект налипания сырья, что значительно улучшает поступление глинозема в электролит. Направлением дальнейшей работы по усовершенствованию конструкции наконечника пробойника являются внедрение цифрового датчика контроля температуры теплоносителя в термостабилизаторе и разработка алгоритма корректировки цикла срабатывания пробойников. Для обеспечения требований промышленной безопасности и увеличения срока службы термостабилизотора разрабатывается регламент периодического контроля состояния и герметичности сварных швов с применением неразрушающих методов контроля. Вышеперечисленные условия позволят в совокупности обеспечить стабильную и надежную работу всей системы автоматического питания электролизеров глиноземом.

This study aims to improve the design of the breaker tip used in the automatic alumina feeding system of RA-550 prebaked-anode electrolyzers. We examined a thermal stabilizer constructed as a hollow rod with a tip and spiral finning, partially filled with water as the heat-transfer medium. The stabilizer was tested using a FLIR thermal imager and the FLIR Tools image analysis software. Surface emissivity was corrected by verifying temperature readings with a type-K contact thermocouple. Experimental relationships were established and analytical correlations derived using MATLAB and Microsoft Excel. Pilot-scale tests of six thermal stabilizers were carried out at the RUSAL Sayanogorsk production site. The results show that the breaker tip remains in the electrolyte melt for no more than 2 min. The average rate of temperature change during both heating and cooling is 45°C/min. A tip temperature below 250°C prevents raw material adhesion and improves alumina delivery. Further improvements to the breaker tip design should include the integration of a digital temperature sensor to monitor the heat-transfer medium in the thermal stabilizer and the development of an algorithm to adjust the breaker actuation cycle. To ensure industrial safety and extend the service life of the thermal stabilizer, we are currently developing a periodic inspection protocol to assess the condition of the stabilizer and the integrity of its weld seams using non-destructive testing methods. These measures ensure stable and reliable operation of the automatic alumina feeding system in prebaked-anode electrolyzers.

производство первичного алюминияэлектролизерглиноземэлектролиттермостабилизаторprimary aluminum productionelectrolyzeraluminaelectrolytethermostabilizerReferencesGrotheim К., Welch B. Aluminium smelter technology: a pure and applied approach. 2 ed. Dusseldorf: AluminumVerlag Publishers, 1988. 328 р.Grotheim К., Welch B. Aluminium smelter technology: a pure and applied approach, 2 ed. Dusseldorf: AluminiumVerlag; 1988, 328 p.Клюшин А.Ю., Диалло А.Б., Дим Д.Т. История развития технологии производства алюминия // Приоритетные направления развития науки и образования. 2016. № 4-2. С. 80–81. EDN: XCNVBJ.Klyushin A.Yu., Diallo A.B., Dim D.T. History of aluminum production technology development. Prioritetnyye napravleniya razvitiya nauki i obrazovaniya. 2016;4-2:80-81. (In Russ.). EDN: XCNVBJ.Чалых В.И., Немчинова Н.В., Аюшин Б.И., Богданов Ю.В. Технико-экономическое сравнение электролизеров с обожженными анодами и самообжигающимися анодами и верхним токоподводом // Известия высших учебных заведений. Цветная металлургия. 2005. № 2. С. 21–26. EDN: JVUCFH.Chalykh V.I., Nemchinova N.V., Ayushin B.I., Bogdanov Yu.V. Technical and economic comparison of electrolyzers with baked anodes and self-baking anodes and upper current carrier. Izvestiya. Non-Ferrous Metallurgy. 2005:2;21- 26. (In Russ.). EDN: JVUCFH.Шахрай С.Г., Дектерев А.А., Скуратов А.П., Минаков А.В., Бажин В.Ю. Повышение энергетической эффективности электролизера с самообжигающимся анодом // Металлург. 2018. № 9. С. 79–83. EDN: UZKXPF.Shakhray S.G., Dekterev A.A., Skuratov A.P., Minakov A.V. Increasing of energy efficiency of cell with self-baking anode. Metallurg. 2018;9:79-83. (In Russ.). EDN: UZKXPF.Минцис М.Я., Поляков П.В., Сиразутдинов Г.А. Электрометаллургия алюминия: монография. Новосибирск: Наука, 2001. 368 с.Mintsis M.Ya., Polyakov P.V., Sirazutdinov G.A. Aluminum electrometallurgy. Novosibirsk: Nauka; 2001, 368 p. (In Russ.).Буркат В.С., Друкарев В.А. Сокращение выбросов в атмосферу при производстве алюминия. СПб.: ООО «Любавич», 2005. 275 с.Burkat V.S., Drukarev V.A. Reducing atmospheric emissions in aluminum production. Saint Petersburg: ООО “Lubavich”; 2005, 275 p. (In Russ.).Немчинова Н.В., Радионов Е.Ю., Сомов В.В. Исследование влияния формы рабочего пространства на МГД– параметры работы электролизера производства алюминия // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2019. Т. 23. № 1. С. 169–178. https://doi.org/10.21285/1814-3520-2019-1-169-178. EDN: YYBIOT.Nemchinova N.V., Radionov E.Yu., Somov V.V. Studying working space form effect on electrolyzer MHD parameters at aluminum production. Proceedings of Irkutsk State Technical University. 2019;23(1):169-178. (In Russ.). https://doi.org/10.21285/1814-3520-2019-1-169-178. EDN: YYBIOT.Тютрин А.А., Немчинова Н.В., Володькина А.А. Изучение влияния параметров процесса электролиза на основные технико-экономические показатели работы ванн ОА-300М // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2020. Т. 24. № 4. С. 906–918. https://doi.org/10.21285/1814-3520-2020-4-906-918. EDN: CKQXYC.Tyutrin А.А., Nemchinova N.V., Volodkina A.A. Effects of electrolysis parameters on the technical and economic performance indicators of OA-300M baths. Proceedings of Irkutsk State Technical University. 2020;24(4):906-918. (In Russ.). https://doi.org/10.21285/1814-3520-2020-4-906-918. EDN: CKQXYC.Шахрай С.Г., Скуратов А.П., Кондратьев В.В., Ершов В.А., Карлина А.И. Обоснование возможности нагрева глинозема теплом анодных газов алюминиевого электролизера // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2016. № 3. С. 131–138. EDN: VPZLED.Shakhrai S.G., Skuratov A.P., Kondratiev V.V., Ershov V.A., Karlina A.I. Justification of the possibility of heating alumina by aluminum electrolyzer anode gases warmth. Proceedings of Irkutsk State Technical University. 2016;3:131-138. (In Russ.). EDN: VPZLED.Поляков П.В. Современное состояние технологии производства алюминия и перспективы ее развития // Материалы IX Высших российских алюминиевых курсов. Красноярск: Изд-во ГУЦМиЗ, 2006. С. 1–17.Polyakov P.V. Current state of aluminum production technology and its development prospects. In: Proceedings of the 9th Higher Russian Aluminum Courses. Krasnoyarsk: State University of Non-Ferrous Metals and Gold, 2006, p. 1-17. (In Russ.).Штрейблинг О.Г. Современные проблемы и решения алюминиевой промышленности России // Эпоха науки. 2020. № 21. С. 189–192. http://doi.org/10.24411/2409-3203-2020-11037. EDN: RBILDU.Schtrebling O.G. Modern problems and solutions of the Russian aluminum industry. Epokha nauki. 2020;21:189- 192. (In Russ.). https://doi.org/10.24411/2409-3203-2020-11037. EDN: RBILDU.Шварцкопф Н.В. Проблемы и перспективы развития алюминиевой промышленности России // Эпоха науки. 2020. № 23. С. 146–148. http://doi.org/10.24411/2409-3203-2020-12337. EDN: PLCOHH.Schwarzkopf N.V. Problems and prospects of development of the aluminum Industry in Russia. Epokha nauki. 2020;23:146-148. (In Russ.). https://doi.org/10.24411/2409-3203-2020-12337. EDN: PLCOHH.Александров А.В., Немчинова Н.В. Расчет ожидаемой экономической эффективности производства алюминия за счет увеличения применения глинозема отечественного производства // Вестник Иркутского госу-дарственного технического университета. 2020. Т. 24. № 2. С. 408–420. https://doi.org/10.21285/1814-3520-2020-2-408-420. EDN: AWHXQM.Aleksandrov A.V., Nemchinova N.V. Calculation of the expected economic efficiency of aluminium production by increasing the use of domestic alumina. Proceedings of Irkutsk State Technical University. 2020;24(2):408-420. (In Russ.). https://doi.org/10.21285/1814-3520-2020-2-408-420. EDN: AWHXQM.Сизяков В.М., Поляков П.В., Бажин В.Ю. Современные тенденции и стратегические задачи в области производства алюминия и его сплавов в России // Цветные металлы. 2022. № 7. С. 16–23. EDN: QRECGA.Sizyakov V.M., Polyakov P.V., Bazhin V.Yu. Modern trends and strategic objectives in the production of aluminum and its alloys in Russia. Tsvetnye Metally. 2022;7:16-23. (In Russ.). EDN: QRECGA.Thonstad J., Utigard T.A., Vogt H. On the anode effect in aluminum electrolysis // Essential Readings in Light Metals / eds. G. Bearne, М. Dupuis, G. Tarcy. Cham: Springer, 2016. Р. 131–138. https://doi.org/10.1007/978-3-319-48156-2_18.Thonstad J., Utigard T.A., Vogt H. On the anode effect in aluminum electrolysis. In: Bearne G., Dupuis М., Tarcy G. (eds.). Essential Readings in Light Metals. Cham: Springer; 2016, р. 131-138. https://doi.org/10.1007/978-3-319-48156-2_18.Хазарадзе Т.О., Гейнце В.В. Система автоматизации процесса производства алюминия // Современные технологии автоматизации. 1997. № 4. С. 56–59.Hazaradze T.О, Gejnce V.V. Automation system for aluminum production process. Sovremennyye tekhnologii avtomatizatsii. 1997;4:56-59. (In Russ.).Евсеев Н.В., Ершов В.А., Сираев Н.С., Грибков К.А., Стариков О.Г. Определение эффективности работы алюминиевых электролизеров при использовании укрупненного глинозема марки Г-00К // Цветные металлы. 2006. № 12. С. 51–54. EDN: HYLDMH.Evseev N.V., Ershov V.A., Siraev N.S., Gribkov K.A., Starikov O.G. Determination of operating efficiency of aluminium electrolyzers using enlarged alumina of G-00K grade. Tsvetnye Metally. 2006;12:51-54. (In Russ.). EDN: HYLDMH.Власов А.А., Сизяков В.М., Бажин В.Ю. Использование глинозема песчаного типа для производства алюминия // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2017. Т. 21. № 6. С. 111–118. https://doi.org/10.21285/1814-3520-2017-6-111-118. EDN: YTNPQH.Vlasov A.A., Sizyakov V.M., Bazhin V.Yu. Use of sandy alumina for aluminum production. Proceedings of Irkutsk State Technical University. 2017;21:6(125):111-118. (In Russ.). https://doi.org/10.21285/1814-3520-2017-6-111-118. EDN: YTNPQH.Григорьев В.Г., Тепикин С.В., Кузаков А.А., Пьянкин А.П., Тимкина Е.В., Пинаев А.А. Автоматическая подача сырья в производстве алюминия // Вестник горно-металлургической секции Российской академии естественных наук. Отделение металлургии. 2017. № 39. С. 97–104. EDN: YVARCO.Grigoriev V.G., Tepikin S.V., Kuzakov A.A., Pyankin A.P., Timkina E.V., Pinaev A.A. Automatic feeding of raw materials in aluminum production. Vestnik gorno-metallurgicheskoj sekcii Rossijskoj akademii estestvennyh nauk. Otdelenie metallurgii. 2017;39:97-104. (In Russ.). EDN: YVARCO.Ершов В.А., Подкорытов А.А., Горовой В.О. Подбор параметров системы управления при производстве алюминия // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2016. № 1. С. 125–131. EDN: VSYEFH.Ershov V.A., Podkorytov A.A., Gorovoj V.O. Selection parameters system controls aluminium production. Modern technologies. System analysis. Modeling. 2016;1:125-131. (In Russ.). EDN: VSYEFH.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.