Изучение особенностей магнитогидродинамики электролизёров С-8БМ (С-8Б) при модернизации алюминиевых заводов

Цель – расчет показателей магнитной гидродинамики алюминиевого электролизера для сравнения разных видов ошиновок, используемых на ваннах с анодом Содерберга. Для проведения расчетов электрических параметров электролизера (токораспределения по блюмсам и анодным штырям) и характеристик магнитного поля использовалась компьютерная программа «Blums V5.07» (ООО «Полифем», Россия). С помощью программы «MHD-Valdis» (разработчик В. Бояревич, университет Гринвич, Великобритания) были получены данные по скоростям циркуляции и перекосу металла в электролизере. В ходе выполнения исследований были построены математические модели электролизера типа С-8БМ (С-8Б) с различными конструкциями ошиновки. Выбраны 3 варианта ошиновок, на которых испытывалась установка перемычки, предназначенной для замыкания токораспределения анодной ошиновки электролизера. Данные типы ошиновок выполнялись в 2 вариациях: с перемычкой и без нее. По полученным данным рассчитанных скоростей циркуляции и перекоса металла была выполнена оценка возможности модернизации ванн с анодом Содерберга без значительных капитальных затрат. При использовании 1-го типа ошиновки достигнуты наилучшие значения распределения тока по блюмсам с диапазонами, составляющими ~757 А (для варианта без перемычки) и ~656 А (для модернизированного варианта с замкнутыми рядами), и по анодным штырям с диапазонами ~1754 А и ~1609 А, соответственно. Показано, что при использовании 3-го варианта ошиновки токораспределение после установки перемычки между анодными шинами незначительно ухудшается. По полученным результатам можно сделать вывод, что при модернизации электролизера С-8БМ (С-8Б) с различными видами ошиновок токораспределение по блюмсам и анодным штырям, характеристики магнитного поля (компоненты By и Bz), а также скорости циркуляции и перекос металла не оказывают значительного влияния на эффективность работы данного электролизера, что способствует более быстрому переходу на ведение электролиза на ваннах ЭкоСодерберг и без значительных экономических затрат.

1. Shoppert A., Valeev D., Loginova I. Novel method of bauxite treatment using electroreductive Bayer process // Metals. 2023. Vol. 13. Iss. 9. Р. 1502. https://doi.org/10.3390/met13091502.

2. Шепелев И.И., Головных Н.В., Сахачев А.Ю., Жижаев А.М., Котлягин А.Г. Улучшение качества спека известняково-нефелиновой шихты путем ввода в нее гипсоангидритового техногенного сырья // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2018. Т. 22. № 5. С. 225–239. https://doi.org/10.21285/1814-3520-2018-5-225-239. EDN: XPSDUL.

3. Александров А.В., Немчинова Н.В. Влияние модульных характеристик спека на извлечение глинозема при переработке нефелиновых руд // Вестник ЮУрГУ. Серия: Металлургия. 2022. Т. 22. № 4. С. 21–30. https://doi.org/10.14529/met220403. EDN: GEQNXN.

4. Dubovikov O.A., Brichkin V.N., Ris A.D., Sundurov A.V. Thermochemical activation of hydrated aluminosilicates and its importance for alumina production // Non-ferrous Metals. 2018. No. 2. Р. 11–16. https://doi.org/10.17580/nfm.2018.02.02. EDN: VAYILV.

5. Mann V., Buzunov V., Pitertsev N., Chesnyak V., Polyakov P. Reduction in power consumption at UC RUSAL’s Smelters 2012–2014 // Light Metals / eds. M. Huland. Cham: Springer, 2015. Р. 757–762. https://doi.org/10.1007/978-3-319-48248-4_128. EDN: VADMNZ.

6. 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.

7. 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. С. 112–120. EDN: UBLOMB.

8. Mann V., Buzunov V., Pingin V., Zherdev A., Grigoriev V. Environmental aspects of UC RUSAL’s aluminum smelters sustainable development // Light Metals / eds. C. Chesonis. Cham: Springer, 2019. P. 553–563. https://doi.org/10.1007/978-3-030-05864-7_70. EDN: SIHUYY.

9. Buzunov V., Mann V., Chichuk E., Frizorger V., Pinaev A., Nikitin E. The first results of the industrial application of the EcoSoderberg technology at the Krasnoyarsk aluminium smelter // Light metals / eds. B.A. Sadler. Cham: Springer, 2013. Р. 573–576. https://doi.org/10.1002/9781118663189.ch98. EDN: XXNZDN.

10. Nemchinova N.V., Barauskas A.E., Tyutrin A.A., Vologin V.S. Processing finely dispersed technogenic raw materials for aluminum production in order to extract valuable components // Russian Journal of Non-Ferrous Metals. 2021. Vol. 62. P. 659–667. https://doi.org/10.3103/S1067821221060158. EDN: RHWKMQ.

11. Фризоргер В.К., Шадрин В.Г., Пузин А.В., Виноградов А.М., Аникин В.В., Моренко А.В. [и др.]. Совершенствование системы удаления газов на электролизерах экологического Содерберга // Алюминий Сибири: сб. науч. статей XVIII Междунар. конф. (г. Красноярск, 5–7 сентября 2012 г.). Красноярск: Версо, 2012. С. 408–415.

12. Зенкин Е.Ю., Гавриленко А.А., Немчинова Н.В. О переработке отходов производства первичного алюминия ОАО «РУСАЛ БРАТСК» // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2017. Т. 21. № 3. С. 123–132. https://doi.org/10.21285/1814-3520-2017-3-123-132. EDN: YHPQYD.

13. 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 вузов. Цветная металлургия. 2005. № 2. С. 21–26. EDN: JVUCFH.

14. Виноградов А.М., Пинаев А.А., Виноградов Д.А., Пузин А.В., Шадрин В.Г., Зорько Н.В. [и др.]. Повышение эффективности укрытия электролизеров Содерберга // Известия вузов. Цветная металлургия. 2017. № 1. C. 19–30. https://doi.org/10.17073/0021-3438-2017-1-19-30. EDN: XWTXTX

15. Куликов Б.П., Сторожев Ю.И. Пылегазовые выбросы алюминиевых электролизеров с самообжигающимися анодами. Красноярск: Сибирский федеральный университет, 2012. 268 с. EDN: SUPCCH.

16. Пат. № 2443804, Российская Федерация, C25C 3/22. Устройство для сбора и удаления газов из алюминиевого электролизера Содерберга / Г.В. Архипов, В.Х. Манн, В.В. Пингин, В.К. Фризоргер, Я.А. Третьяков, А.Г. Архипов, В.Г. Шадрин; заявитель и патентообладатель Общество с ограниченной ответственностью «Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр». № 2010141366/02. Заявл. 08.10.2010; опубл. 27.02.2012. Бюл. № 6.

17. 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.

18. Пат. № 2516415, Российская Федерация, С25 С3/16 Способ замены четырехстоячной ошиновки на трехстоячную в алюминиевом электролизере Содерберга / В.В. Пингин, В.В. Платонов, Е.Ю. Радионов, Я.А. Третьяков; заявитель и патентообладатель ООО «Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр». № 2012149277. Заявл. 19.11.2012; опубл. 20.05.2014. Бюл. № 13.

19. Пат. № 2505626, Российская Федерация, C25C 3/16. Ошиновка электролизера для получения алюминия / В.В. Пингин, В.В. Платонов, Е.Ю. Радионов; заявитель и патентообладатель ООО «Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр». № 2012145698/02. Заявл. 25.10.2012; опубл. 27.01.2014. Бюл. № 6.

20. Радионов Е.Ю. Расчет магнитогидродинамических параметров работы электролизеров с различным типом катодного кожуха // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2020. С. 684–693. https://doi.org/10.21285/1814-3520-2020-3-684-693. EDN: LRHDLJ.

21. Деркач А.С., Скворцов А.П., Цибуков И.К., Шрамко В.А. Калимов А.Г., Сведенцев М.Л. Трехмерная модель расчета МГД-параметров алюминиевого электролизера // Цветные металлы. 2000. № 1. С. 30–34.

22. Bojarevics V. MHD of aluminium cells with the effect of channels and cathode perturbation elements // Light metals / eds. B.A. Sadler. Cham: Springer, 2013. Р. 609–614. https://doi.org/10.1007/978-3-319-65136-1_104.

23. Бояревич В.В., Калис Х.Э., Миллере Р.П., Пагодина И.Э. Математическая модель для расчета параметров алюминиевого электролизера // Цветные металлы. 1988. № 7. С. 63–66.

24. Крюковский В.А., Миневич Л.И. Применение математического моделирования в оптимизации магнитных полей электролизеров // Цветные металлы. 1996. № 6. С. 40–42.

25. Меерович Э.А. Магнитное поле и электродинамические силы в зоне расплава мощных электролизеров алюминия. М.: Изд. АН СССР, 1962. 124 с. 26. Пингин В.В. Исследование теплоэлектрических и магнитогидродинамических явлений в электролизерах // Алюминий Сибири-96: сб. тр. Междунар. научного семинара (г. Красноярск, сентябрь 1997 г.). Красноярск: Сибирский федеральный университет, 1997. 315 с.

26. Бегунов А.И. Газогидродинамика и потери металла в алюминиевых электролизерах. Иркутск: Иркутский ун-т, 1992. 286 с.

27. Fraser K.J., Billinghurst D., Chen K.L., Keniry J.T. Some application of mathematical modelling of electric current distributions in Hall-Heroult cells // Light Metals. Cham: Springer, 1989. Р. 219–226.

28. Пингин В.В., Третьяков Я.А., Радионов Е.Ю., Немчинова Н.В. Перспективы модернизации ошиновки электролизера С-8БМ (С-8Б) // Цветные металлы. 2016. № 3. С. 35–41. https://doi.org/10.17580/tsm.2016.03.06. EDN: WBFSDP.

29. Кирко В.И., Галемов Т.Т., Петров А.М. Соединение алюминиевых деталей ошиновки электролизера «гибкий катодный спуск – катодная шина» // Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Техника и технология. 2013. Т. 6. № 5. С. 534–542. EDN: RAQRXV.

30. Пат. № 2295589, Российская Федерация, С25С 3/06, С25С 3/16. Ошиновка алюминиевых электролизеров / В.В. Васильевич, Ю.В. Богданов, Б.И. Аюшин, Л.В. Рагозин, Ю.В. Шемет, А.М. Надточий, О.М. Сапожников, А.В. Ермаков; заявитель и патентообладатель Открытое акционерное общество «Сибирский научно-исследовательский, конструкторский и проектный институт алюминиевой и электродной промышленности» (ОАО «СибВАМИ»). № 2005129387. Заявл. 20.09.2005; опубл. 20.03.2007. Бюл. № 8.

31. Пат. № 2682507, Российская Федерация, С25С 3/12. Способ снижения контактного напряжения в алюминиевом электролизере / П.В. Поляков, С.Г. Шахрай, И.И. Пузанов, Ю.Г. Михалев, А.В. Завадяк, В.А. Крюковский, Ю.Н. Попов, А.А. Поляков, А.С. Ясинский; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Сибирский федеральный университет». № 2018101004. Заявл. 10.01.2018; опубл. 19.03.2019. Бюл. № 8.

32. Троицкий О.А. Электропластический эффект в металлах // Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2018. № 9. С. 65–76. https://doi.org/10.32339/0135-5910-2018-9-65-76. EDN: UZUIHY.