Исследование влияния формы рабочего пространства на МГД-параметры работы электролизера при производстве алюминия

Цель - изучение влияния формы рабочего пространства (в частности, длины подовой настыли) электролизера на магнитогидродинамические параметры ванны при получении алюминия электролизом криолит-глиноземных расплавов. Для анализа влияния длины настыли на запас магнитогидродинамической стабильности работы электролизной ванны и максимальную плотность горизонтальных токов, возникающих в расплаве металла, использовались методы математического моделирования с помощью программ «Blums v5.07» и «MHD-Valdis». Построены модели электролизера С-8БМ, выполненные в программе «Blums v5.07», с различной длиной подовой настыли (в зависимости от срока службы электролизера). Было рассчитано 13 вариантов распределения горизонтальных токов для ванн, с длиной настыли от 30 см до 150 см с шагом в 10 см. Полученные результаты представлены в виде зависимостей запаса магнитогидродинамической стабильности и максимальной плотности горизонтальных токов от длины настыли, образующейся в электролизере в процессе эксплуатации. По результатам рассчитанных вариантов распределения горизонтальных токов было установлено, что высокие горизонтальные токи могут образовываться, как в случае уходящей под анод настыли, так и в случае небольшой, т.е. только что зарождающейся настыли; получены зависимости влияния длины настыли на запас магнитогидродинамической стабильности и величины максимальной плотности тока в расплаве металла. Определено, что для электролизеров С-8БМ вероятность возникновения магнитогидродинамической нестабильности в период зарождения подовой настыли намного ниже (разница в значениях запаса магнитогидродинамической стабильности составляет 500 мВ), чем в тот период, когда электролизер имеет длинные, уходящие за проекцию анода настыли.

производство первичного алюминия, электролизер, срок службы электролизной ванны, форма рабочего пространства, магнитогидродинамика, математическое моделирование

1. Mann V., Buzunov V., Pitercev N., Chesnyak V., Polykov P. Reduction in Power Consumption at UC Rusal's Smelters 2012-2014 // Light Metals. 2015. Р. 757-762.

2. Бегунов А.И. Газогидродинамика и потери металла в алюминиевых электролизерах. Иркутск: Изд-во Иркутского университета, 1992. 286 с.

3. Kdkhodabeigi M., Saboohi Y. A New Wave Equation for MHD Instabilities in Aluminum Reduction Cells // Light Metals. 2007. Р. 345-349.

4. Sørlie M., Øye H. Cathodes in Aluminium Electrolysis (3 rd edition). Dusseldorf: Aluminium-Verlag. 2010. 662 р.

5. Urata N. Magnetics аnd Metal Pad Instability // Light Metals. 1985. Р. 581-589.

6. Segatz M., Droste С. Analysis оf Magnetohydrodynamic Instabilities in Aluminium Reduction Cells // Light Metals. 1994. Р. 313-322.

7. Davidson P.A., Lindsay R.I. A New Model Of Interfacial Waves in Aluminium Reduction Cells // Light Metals. 1997. Р. 437-444.

8. Droste C., Segatz M., Vogelsang D. Magnetohydrodynamics Instability Analysis in Reduction Cells // Light Metals. 1998. Р. 419-427.

9. Davidson P.A., Lindsay R.I. Stability of interfacial waves in aluminum reduction cells // J. of Fluid Mechanics, 362. 1998. P. 273-295.

10. Panaitescu A., Moraru A. Research on the Instabilities in the Aluminum Electrolysis Cell // Light Metals. 2003. Р. 359-366.

11. Радионов Е.Ю., Немчинова Н.В., Третьяков Я.А. Моделирование магнитогидродинамических процессов в электролизерах при получении первичного алюминия // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2015. № 7 (102). С. 112-120.

12. Bojarevics V. Practical modelling of MHD stability in aluminium reduction cells // Цветные металлы и минералы-2016: сборник тезисов докладов Восьмого междунар. конгресса: сборник тезисов докладов Восьмого междунар. конгресса (г. Красноярск, 13-16 сентября 2016 г.). Красноярск, 2016. C. 61.

13. Bojarevics V. MHD of Aluminium Cells with the Effect of Channels and Cathode Perturbation Elements // Light Metals. 2013. Р. 609-614.

14. Shaoyong R., Feiya Y., Dupuis M., Bojarevics V., Jianfei Z. Production Application Study on Magneto-hydro-dynamic Stability of a Large Prebaked Anode Aluminum Reduction Cell // Light Metals, 2013. Р. 603-607.

15. Пингин В.В., Третьяков Я.А., Радионов Е.Ю., Губин А.А. Исследование влияния положения анодной рамы на запас МГД-стабильности электролизера С-8БМЭ // Цветные металлы-2012: сборник научных статей (г. Красноярск, 5-7 сентября 2012 г.). Красноярск, 2012. С. 431-434.

16. Пат. № 2517623, РФ, МПК C25C 3/12 Способ обслуживания алюминиевого электролизера с самообжигающимся анодом / В.В. Пингин, Я.А. Третьяков, А.А. Губин, Е.Ю. Радионов; заявитель и патентообладатель ООО «Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр». № 2012158363, заявл. 29.12.2012, опубл. 27.05.2014.