НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ“

КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ”

ВОНСОВИЧ Родіон Костянтинович

УДК 669.71:669.046.41

ОПТИМІЗАЦІЯ ТЕПЛОВИХ РЕЖИМІВ

ВИПАЛУ АЛЮМІНІЄВИХ ЕЛЕКТРОЛІЗЕРІВ

НА МЕТАЛЕВИХ ПЛАСТИНАХ

05.14.06 – Технічна теплофізика і промислова теплоенергетика

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ – 2005

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Науково-дослідному центрі „Ресурсозберігаючі технології” Національного технічного університету України „Київський політехнічний інститут”(НТУУ „КПІ”), Міністерство освіти і науки України.

Науковий керівник:

Офіційні опоненти:

Провідна установа: | доктор технічних наук, професор, заслужений працівник народної освіти України

Панов Євген Миколайович,

НТУУ „КПІ”, декан інженерно-хімічного факультету, завідувач кафедри хімічного та силікатного машинобудування

доктор технічних наук, старший науковий співробітник, Хвастухін Юрій Іванович, завідуючий відділом термошарових процесів Інституту газу НАН України

кандидат технічних наук

Гапонич Людмила Станіславівна,

Інститут вугільних енерготехнологій НАН У та Мінпаливенерго України, старший науковий співробітник

Інститут технічної теплофізики НАН України

Захист дисертації відбудеться „28” березня 2005 р. о 15 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.002.09 при Національному технічному університеті України „Київський політехнічний інститут” за адресою: м. Київ, пр. Перемоги, 37, корпус 5, аудиторія 307.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного технічного університету України „Київський політехнічний інститут” за адресою: 03056, м. Київ, пр. Перемоги, 37.

Автореферат розісланий „23” лютого 2005 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради,

кандидат технічних наук, доцент Коньшин В.І.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Однією з найважливіших проблем у виробництві алюмінію є збільшення терміну експлуатації електролізерів між капітальними ремонтами. Сьогодні середній термін експлуатації електролізерів на алюмінієвих заводах країн СНД складає 35-45 місяців, що в порівнянні з терміном служби окремих електролізерів (до 100 ? 120 місяців) і закордонних заводів (близько 80 місяців), є досить низьким значенням. Одним з перспективних шляхів вирішення даної проблеми є розробка нового виду випалу, що забезпечує достатні температури перед пуском (800°С) і більш якісне спікання міжблочних та периферійних швів. Тому розробка нового виду комбінованого способу випалу алюмінієвих електролізерів джоулевою теплотою (на металевих пластинах) є актуальною задачею.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Основні результати отримані при виконанні робіт, пов'язаних з тематикою фундаментальних і прикладних досліджень, які послідовно проводяться в НДЦ “Ресурсозберігаючі технології” НТУУ “КПІ” в галузі розробки енергозберігаючих технологій при виробництві алюмінію, а саме науково-дослідних робіт “Розробка нової конструкції і регламенту експлуатації алюмінієвого електролізера на силу струму 70 кА з карбідкремнієвою бортовою футеровкою” (державний регістраційний №019811004173), “Розробка програмного забезпечення для розв’язку тривимірних задач фізичних полів в кольорової металургії та дослідження процесів графітації та коксування електродних матеріалів” (державний регістраційний №0100U000434), що виконувалися згідно тематичного плану науково-дослідних робіт Міністерства освіти і науки України.

Мета і задачі дослідження. Метою даної роботи є підвищення терміну експлуатації алюмінієвих електролізерів з анодами, що самовипалюються, шляхом розробки та дослідження нового виду випалу на металевих (алюмінієвих) пластинах. Суть нового виду випалу полягає в тому, що до температури 600°С нагрівання проводять через шар металевих (алюмінієвих) пластин. Після цього, на поверхню подини заливають розплавлений алюміній, і проводять довипал на металі.

Для досягнення поставленої мети вирішувалися наступні задачі: дослідження та аналіз відомих видів випалу алюмінієвих електролізерів; формулювання пропозицій по організації нового виду комбінованого способу випалу з використанням алюмінієвих пластин і довипалу на металі; вдосконалення чисельної моделі і розрахунок нестаціонарного температурного поля та енергетичних показників електролізерів при випалі на алюмінієвих пластинах; розробка методики випалу, що включає схему укладання пластин і температурний регламент; прогнозування основних параметрів випалу: средньооб’ємної температури катоду і термін експлуатації електролізерів за фактором “випал”.

Для вирішення поставленої мети за розробленою методикою випалу виконано експериментальні дослідження алюмінієвих електролізерів при випалі на пластинах. Методика експериментальних досліджень температурних полів при випалі електролізерів розроблена в НДЦ “Ресурсозберігаючі технології” НТУУ “КПІ”.

Об’єктом дослідження є алюмінієвий електролізер з анодами, що самовипалюються на силу струму 155 ? 158 кА.

Предметом дослідження є теплові процеси, які відбуваються при випалі алюмінієвого електролізера за умов випалу на металевих (алюмінієвих) пластинах.

Методи дослідження. Для вирішення вказаних задач використовувався метод чисельного моделювання при моделюванні випалу на пластинах; метод граничних елементів при чисельному моделюванні; експериментальні методи при дослідженні температурних полів.

Достовірність одержаних результатів базується на використанні загальноприйнятих методик та порівняннях з відомими даними, достовірність проведених розрахунків досягається використанням сучасної обчислювальної техніки та програмного забезпечення, як стандартного, так і оригінального.

Наукова новизна отриманих результатів:

· вдосконалено чисельну модель нестаціонарних процесів теплообміну при випалі на алюмінієвих пластинах;

· вперше отримано масив результатів експериментальних досліджень нового виду випалу. За результатами аналізу підтверджено ефективність нового способу випалу на металевих (алюмінієвих) пластинах;

· адаптовано для нового виду випалу на металевих (алюмінієвих) пластинах безрозмірні емпіричні залежності, які дозволяють визначати температурне поле катоду в процесі випалу без застосування експериментальних методів визначення такого;

· вперше отримано і оброблено статистичні дані про термін експлуатації алюмінієвих електролізерів для різних видів випалу в порівнянні з випалом на пластинах;

· розроблено методику прогнозування терміну експлуатації електролізерів для різних видів випалу; для дослідження прогнозу терміну експлуатації по фактору “випал” формула Вейбула вперше застосована для електролізерів з анодами, що самовипалюються.

Практичне значення отриманих результатів полягає в наступному:

· запропоновано новий спосіб випалу алюмінієвих електролізерів на металевих (алюмінієвих) пластинах;

· розроблено методику проведення випалу, а саме схему укладання алюмінієвих пластин і засипання стружкою на подині електролізера за умов практичного використання;

· вперше досліджено температурний регламент нового виду випалу промислових електролізерів на пластинах;

· вдосконалено методику визначення основних енерготехнологічних показників випалу, а саме средньоб’ємної температури катоду та периферійних швів на кінець випалу, коефіцієнт нерівномірності температурного поля.

Результати роботи впроваджено на ВАТ “Братский алюминиевый завод” в обсязі річного капітального ремонту в 2000 - 2001 рр., що складає понад 650 електролізерів (підтверджено актом про впровадження). Результати роботи можуть бути використані іншими алюмінієвими заводами СНД для електролізерів з анодами, що самовипалюються.

Особистий внесок здобувача. Усі наукові і практичні результати, що приведені в дисертаційній роботі, отримані особисто автором або при його безпосередній участі.

Апробація роботи. Матеріали дисертаційної роботи доповідалися на науково-практичному семінарі професорсько-викладацького складу НТУУ „КПІ” (протокол НТР НДЦ “РТ” №1/03 від 4.11.2003 р.), на V Міжнародній конференції “Алюминий Сибири – 99” (м. Красноярськ, 7-9 вересня 1999 р.).

Публікації. Основні результати дисертаційної роботи опубліковані в шістьох працях, в тому числі три статті у фахових виданнях та один патент України.

Структура й обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу, п'яти розділів, висновків, списку літератури і чотирьох додатків. Основний зміст роботи представлений на 124 сторінках, що включає 34 рисунки і 12 таблиць. Список використаних літературних джерел містить 117 найменувань.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність теми дисертаційної роботи, сформульовані мета і задачі для її вирішення.

В першому розділі виконано огляд і аналіз літературних джерел про конструкційні характеристики і основні види випалу алюмінієвих електролізерів з верхнім струмопідводом.

За результатами огляду з’ясовано, що для якісного випалу подини електролізера, після завершення якого подина стає монолітною, кінцеві температури випалу повинні сягати близько 800°С, температура периферійних швів повинна бути не нижче 375 ч 450 °?. Під час випалу температурне поле повинне бути рівномірним, що характеризується коефіцієнтом нерівномірності в площині поверхні подини близько 0,12 ? 0,15; в інтервалі температур 350 ? 425 °С темп підйому температури не повинний перевищувати 1,5 °С /год, в інтервалі температур до 300°С - 10°С/год і після 425 °С – не вище за 20 °С /год.

Порівняльний аналіз теплових характеристик різних видів випалу і їхніх температурних регламентів показав, що повністю жоден з розглянутих і проаналізованих видів не відповідає вказаним вимогам. Тому в даній роботі запропоновано новий вид комбінованого випалу на металевих (алюмінієвих) пластинах і температурний регламент вказаного випалу для електролізерів з верхнім струмопідводом.

Проведено аналіз літературних джерел про методи чисельного моделювання температурних полів і енергетичних показників при випалі. Розглянуто і проаналізовано джерела, у яких вирішувалися задачі методом скінчених різниць (МСР) і методом граничних елементів (МГЕ). Обґрунтовано вимоги до чисельної моделі випалу на пластинах.

Завершує розділ постановка основних задач дисертаційної роботи, що випливають з аналізу сучасного стану проблеми.

У другому розділі викладено постановку і методику чисельного рішення задачі математичного моделювання двовимірних температурних полів і енергетичних показників випалу. Представлено результати розрахунків теплового поля алюмінієвого електролізера при випалі на пластинах.

Математичне формулювання задачі визначення нестаціонарних температурних полів електролізера для електричного випалу з використанням шунтів – реостатів представлено у вигляді нелінійних диференціальних рівнянь у частинних похідних:

Для однозначності математичної постановки визначені відповідні початкові і граничні умови:

Початкові умови

t(x,y,z)=0 = tн,

Граничні умови при > 0:

на осі симетрії

,

на границях контакту з навколишнім середовищем

,

на границях контакту між областями з різними властивостями

На основі методу граничних елементів розроблена методика чисельного рішення і складено алгоритм для вирішення поставленої задачі.

Вдосконалено універсальний пакет програм, розроблений в НДЦ “РТ”, і чисельну модель випалу на алюмінієвих пластинах, що включає: геометричні і теплофізичні характеристики і параметри випалу. Модель враховує той період комбінованого випалу, коли випал відбувається безпосередньо на алюмінієвих пластинах, і не враховує період довипалу на металі.

Проведені розрахунки температурного поля на момент закінчення випалу (? = 100 год) показали (рис. 1), що середня розрахункова температура поверхні подини до заливання металу має значення близько 600 °С, тобто задовольняє умовам поставленої задачі.

Третій розділ присвячено експериментальним дослідженням випалу електролізерів на металевих (алюмінієвих) пластинах.

В роботі розроблено схему укладання пластин на подину таким чином, щоб забезпечити їх надійний контакт із підошвою аноду (рис. 2).

Виходячи з аналізу результатів досліджень спікання холодно- і гаряченабивних подових мас, розроблено температурний регламент випалу на пластинах для електролізера з застосуванням при монтажі подової маси з середньоінтегральними властивостями (табл. 1).

За методикою НДЦ “Ресурсозберігаючі технології” експериментальних досліджень температурних полів подини при випалі, розроблено схему закладки термопар у цоколі катоду (рис. 2).

Експериментальні дослідження і відпрацьовування температурного регламенту проведено на чотирьох дослідних електролізерах ВАТ “Братский алюминевый завод”.

Проведений аналіз показав, що розрахунковий регламент нагрівання в цілому задовільно збігається з експериментальним відносно середньоб’ємної температури подини.

Таблиця 1

Рекомендований регламент нагрівання подини |

Міжблочні шви

Період

випалу | Тривалість

періоду п , год | Середньоб’ємна температура , °С | Темп нагрівання

Vп , °С /год

I | 30 | 0ч300 | 10

II | 10 | 300ч350 | 5

III | 50 | 350ч425 | 1,5

IV | 10 | 425ч600 | 20

Усього | 100 | - | -

Розрахунки температурних режимів випалу катодних пристроїв дослідних електролізерів показують, що верхня межа утворення напівкоксу може бути підвищена з 425 до 450 °С, а темп нагрівання в періоді 350 ? 450 °С може складати 6 ? 7 °С /год, що дає можливість скоротити тривалість випалу на 20 ? 25 год.

Після додаткових досліджень розроблено прискорений регламент випалу. Загальна тривалість випалу складає 96 год.

Прискорений випал має темп нагрівання, підвищений на 1,5?2 °С /год в інтервалі температур утворення напівкоксу порівняно з оптимальним, але в цілому його величина нижче від максимально можливого значення, яке складає 10 °С /год. Це дозволяє без втрати якості коксування швів скоротити тривалість випалу на пластинах до 96 год.

Подальші експериментальні дослідження і впровадження випалу на пластинах проведені на типових електролізерах ВАТ “Братский алюминиевый завод”.

При випалі на алюмінієвих пластинах повне коксування міжблочних швів досягається за 85 год випалу, тобто до моменту заливання металу, а середньооб’ємна температура периферійних швів перед заливанням металу складає 550°С.

Рис. 2. Схема укладання пластин і розміщення термопар у катоді електролізера С-8Б (план): 1-28 – номери термопар; Б1-Б30 – номери блюмсів; I-IV – номери шунтів; Л – “льотка” для вимірів температури периферійних швів.

Зіставлення експериментальних даних по темпах нагрівання і нерівномірності випалу на пластинах з даними про випал на металі представлено, відповідно, на рис. 3 і в табл. 2.

Як видно з рис. 3, при випалі на металі темп нагрівання від початку випалу до досягнення температур 450 ? 550 °С є більш високий, ніж при випалі на пластинах. Після досягнення температур 550 ? 600 °С темп нагрівання при випалі на пластинах вище, ніж на металі і цей факт є позитивним з точки зору забезпечення необхідної температури подини.

Аналіз даних табл. 2 показує, що електролізери, які випалені на пластинах, характеризуються більш рівномірним температурним полем під проекцією анода і периферійних швів. Так максимальна різниця температур подини при випалі на металі складає °С, при випалі на пластинах - °С; максимальна різниця температур периферійних швів при випалі на металі складає °С, при випалі на пластинах - °С.

В четвертому розділі здійснено оцінку енергетичної ефективності випалу на пластинах, зроблено прогноз параметрів випалу і терміну служби електролізерів.

Аналіз випалу на пластинах показав, що питомі витрати підведеної електричної енергії при випалі на пластинах складають 4,8 кВт•год/(м3•К). При випалі на коксовому дріб'язку витрати складають 4,3?4,7 кВт•год/(м3•К). При цьому витрати електричної енергії при випалі на металі перевищують 6?7 кВт•год/(м3· К). Таким чином, витрати електричної енергії при випалі на пластинах є найбільш вигідним у порівнянні з випалом на металі і збігається з показниками випалу на коксовому дріб'язку.

Для оперативної діагностики температурних режимів і для керування процесом застосовуються експериментальні виміри температур в подині. Це є складна і трудомістка операція, тому для практичного використання запропоновано методику, за допомогою якої з достатньої для експлуатації точністю (15%) можна отримати розрахункові температури процесу для будь-якого інтервалу часу з початку випалу в залежності від технологічних параметрів даного виду випалу.

З цією метою для дослідних електролізерів отримані експериментальні дані були узагальнено в безрозмірній формі відносно середньоб’ємної температури подини:

= f(Fo, Nпідв/ Nгр ) , де

- безрозмірна температура; Fo- число Фурьє; Nпідв – підведена потужність, кВт; Nгр – гріюча потужність, кВт.

На рис. 4 наведені експериментальні дані дослідних електролізерів. Отримано узагальнене рівняння для розрахунку середніх температур катодів при випалі на пластинах:

.

Проведено аналіз терміну експлуатації алюмінієвих електролізерів при різних видах випалу. На основі аналізу зроблено висновок, що головними показниками, які впливають на термін експлуатації за фактором “випал”, є такі: кінцева температура міжблочних швів і подини в момент часу перед заливанням металу і перед пуском; кінцева температура периферійних швів перед заливанням металу і перед пуском; рівномірність температурного поля протягом усієї тривалості випалу, особливо в початковий період; тривалість випалу для якісного спікання міжблочних і периферійних швів.

Таблиця 2

Рівномірність прогріву подини електролізерів при різних видах випалу

Спосіб випалу,

№ електролізера | Тривалість

, год | Середньоб’емна тем-пература подини на-прикінці випалу t,°С | Мінімальна і макси-мальна температури подини (tmin;tmax),°С | Максимальна різниця температур подины tпод=tmin-tmax, °С | Мінімальна і макси-мальна температура периферійних швів (t’min;t’max), °С | Максимальна різниця температур пери-ферійних швів tп.ш=t’min-t’max, °С

На металі, №1184 | 50 | 500 | 230ч700 | 470 | 340ч580 | 240

Те ж, №1079 | 72 | 600 | 350ч840 | 490 | 350ч650 | 300

Те ж, №1326 | 115 | 705 | 360ч980 | 620 | 360ч680 | 320

Те ж, №222 | 120 | 700 | 350ч900 | 550 | 350ч650 | 300

Те ж, №1223 | 140 | 710 | 470ч940 | 470 | 470ч680 | 210

На пластинах, №1507 | 116 | 670 | 458ч788 | 330 | 400ч490 | 90

Те ж, №1285 | 109 | 680 | 320ч760 | 440 | 320ч500 | 180

Те ж, №1069 | 107 | 695 | 590ч725 | 135 | 590ч685 | 95

Те ж, №1062 | 122 | 655 | 490ч695 | 205 | 490ч645 | 155

У даній роботі прогнозування терміну служби електролізерів побудовано за нормальнологарифмічною функцією розподілу і трипараметричній функції Вейбула:

,

де -параметр форми Вейбула; t – час, діб; И – параметр локалізації Вейбула; б- коефіцієнт масштабування Вейбула:

,

де - термін служби окремого електролізера, діб; - термін служби до виходу з ладу окремого електролізера, діб; n- кількість працюючих електролізерів, шт; m – кількість відключених електролізерів, шт.

Складено нормальнологарифмічний прогноз середнього терміну експлуатації і прогноз по формулі Вейбула різних видів випалу джоулевою теплотою. Для вказаних видів випалу прогнозування середнього терміну експлуатації за трипараметричною формулою Вейбула дало задовільні результати (відносна похибка складає близько 8%).

В розділі проведено детальний аналіз терміну служби електролізерів (загальна кількість 657 шт), випалених на пластинах на Братському алюмінієвому заводі за період 1998 – 2001 рр.

На рис. 5 наведено нормальнологарифмічний прогноз середнього терміну служби електролізерів, випалених джоулевою теплотою.

Порівняльні прогнозовані показники терміну експлуатації за умов 60% виходу ванн з ладу, а також середній термін експлуатації для різних рівнів відмовлень за умов різних видів випалу представлені на рис. 6 та в табл. 3.

Прогноз за трипараметричною формулою Вейбула за умов 60% виходу електролізерів із ладу показує, що при випалі на пластинах термін експлуатації електролізерів на 147 діб (4,9 міс) більше в порівнянні з терміном експлуатації при випалі на металі, і на 25 діб (0,8 міс) більше, ніж при випалі на стружці. Таким чином, за прогнозованими показниками при випалі на пластинах термін експлуатації електролізерів вищий, ніж при випалі на металі або стружці.

В п'ятому розділі проведено оцінку повних похибок результатів температурних вимірів.

У додатках представлено акт про впровадження і розрахунок економічної ефективності від впровадження результатів дисертаційної роботи; експериментальні дані температур міжблочних і периферійних швів, і енергетичні показники випалу на пластинах дослідних електролізерів; формули для обчислення модифікованої функції Беселя.

Таблиця 3

Прогноз середнього терміну експлуатації

Показник | Вихід ван із ладу, %

Вид випалу

метал | стружка | пластини

60% | 90% | 60% | 90% | 30% | 60%

Експлуатовані електролізери, шт | 125 | 69 | 90 | 50 | 462 | 289

Електролізери, що вийшли з ладу, шт | 144 | 200 | 105 | 145 | 185 | 358

Середній термін експлуатації, діб:

-нормальнологарифмі-чний

-розрахований за формулою Вейбула |

1419

1371 |

1536

1594 |

1443

1493 |

1542

1672 |

1335

1214 |

1500

1518

ВИСНОВКИ

У дисертації запропоновано нове рішення науково-прикладної проблеми - удосконалити основні показники випалу алюмінієвих електролізерів (термін експлуатації, средньооб’ні температури подини та периферійних швів, коефіцієнт нерівномірності температурного поля катоду) шляхом розробки нового виду випалу та удосконалення температурного регламенту його застосування.

За результатами проведеної роботи можна зробити наступні висновки:

1. Запропоновано новий вид комбінованого способу випалу із застосуванням металевих (алюмінієвих) пластин. Виконано детальне теплофізичне обґрунтування ефективності запропонованого виду випалу.

2. Вдосконалено модель процесу теплообміну при випалі алюмінієвого електролізера на пластинах. На підставі виконаних розрахунків розподілу температур при закінченні випалу (? = 100 годин) встановлено, що середня розрахункова температура поверхні подини перед довипалом на металі досягає близько 550?660°С, а периферійних швів близько 400?412°С, що відповідає основним вимогам існуючого регламенту.

3. Розроблено методику проведення випалу, схему укладання алюмінієвих пластин. Розраховано товщину шару засипання стружки (100 мм) на подину електролізера.

4. На основі даних натурних експериментів дослідних електролізерів вдосконалено температурний регламент випалу на металевих пластинах. Розраховано верхню межу утворення напівкоксу, яка може бути підвищена з 425 до 450°С, а темп нагрівання в інтервалі 350 ?450°С може становити 6?7°С/год. Таким чином, тривалість випалу може бути скорочена на 20ч25 ?од.

5. Проведено експериментальні дослідження на типових електролізерах ВАТ “Братский алюминиевый завод”. Аналіз даних температур при випалі на алюмінієвих пластинах показав, що повне коксування міжблочних швів досягається через 85 годин випалу, а температура периферійних швів перед заливанням металу становила 550°С, що відповідає вдосконаленому температурному регламенту.

6. За результатами аналізу даних визначено, що випал на пластинах характеризується більш рівномірним температурним полем в порівнянні з випалом на металі. Так, середній перепад температур по поверхні подини становить °С і °С; середній перепад температур периферійних швів - °С і є?, відповідно.

7. Виконано оцінку питомих витрат підведеної електричної енергії для різних видів випалу. Встановлено, що витрати енергії при випалі на пластинах (4,8 кВт•год/(м3•К)) менші, ніж витрати при випалі на металі (6?7 кВт•год/(м3• К)) і збігаються з витратами при випалі на коксовому дріб'язку (4,3?4,7 кВт•год/(м3•К)).

8. Адаптовано для випалу на металевих пластинах, критеріальну залежність безрозмірної средньооб’ємної температури

, що дозволяє оперативно

визначати температуру подини під час випалу з точністю ±15%.

9. За отриманими результатами досліджень виконано прогнозування терміну експлуатації алюмінієвих електролізерів. Доведено, що по трипараметричній формулі Вейбула термін експлуатації при випалі на металевих пластинах більше за такий при випалі на металі (на 147 діб) і випалі на стружці (на 25 діб).

10. Випал на пластинах алюмінієвих електролізерів в 2000-2001 рр. впроваджено на ВАТ “Братский алюминиевый завод” в обсязі річного капітального ремонту (657 шт.). Регламент рекомендовано для запровадження на інших заводах СНД із анодами, що самовипалюються.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ПО ТЕМІ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Вонсович Р.К. Разработка и исследование нового способа обжига алюминиевых электролизеров – на пластинах // Промышленная теплотехника. - 2003. - №2. - С. 62-67.

2. Вонсович Р.К., Даниленко С.В., Білько В.В., Колесник І.В., Потапська І.Т. Вплив виду випалу на термін експлуатації та прогнозування терміну експлуатації алюмінієвих електролізерів по фактору „випал”// Наукові вісті. - 2004. - №1. - С. 9-15.

Автор приймав участь в аналізі та складанні прогнозування терміну експлуатації алюмінієвих електролізерів.

Даниленко С.В. приймав участь у зборі даних по терміну експлуатації на ВАТ „Братский алюминиевый завод”.

Білько В.В. приймав участь в обробці даних по терміну експлуатації.

Колесник І.В, Потапська І.Т. приймали участь в наборі та аналізі бази даних терміну експлуатації алюмінієвих електролізерів.

3. Вонсович Р.К., Карвацький А.Я., Колесник І.В. Чисельне моделювання температурних полів електролізерів при випалі на алюмінієвих пластинах // Наукові вісті. - 2004. - №.2. – С. 100-106.

Автор приймав участь у розрахунках температурних полів при випалі на алюмінієвих пластинах.

Карвацький А.Я. приймав участь у розробці методики чисельного моделювання температурних полів.

Колесник І.В. приймала участь у розрахунках температурних полів при випалі на алюмінієвих пластинах.

4. Панов Е.Н., Вонсович Р.К. Оценка экологической и тепловой эффективности применения вторичных укрытий на электролизерах с верхним токоподводом // Цветные металлы. - 1998. - №1. - С. 41-45

Автор приймав участь у розробці вторинних укриттів та розрахунках екологічної і теплової ефективності.

Панов Є.М. приймав участь в оцінці екологічної і теплової ефективності.

5. Панов Е.Н., Васильченко Г.Н., Вонсович Р.К. Энергетическая эффективность алюминиевых электролизеров // Сборник докладов Алюминий Сибири – 99 V Международная конференция 7-9 сентября. - 1999 г., - С. 76-83.

Автор приймав участь в експериментальних дослідженнях і розрахунках енергетичної ефективності.

Панов Є.М., Васильченко Г.М. приймали участь у розрахунках енергетичної ефективності.

6. Патент України С 25 с 3/06. Спосіб обпалення подини алюмінієвого електролізера / Тепляков Ф.К., Баранцев А.Г., Панов Є.М., Вонсович Р.К. – 50431 А; Опубл. 15.10.2002, Бюл.№ 10.

Автор приймав участь у розробці нового способу випалу алюмінієвого електролізера.

Тепляков Ф.К., Баранцев А.Г., Панов Є.М. приймали участь у розробці способу і розрахунках регламенту випалу.

АНОТАЦІЯ

Вонсович Р.К. Оптимізація теплових режимів випалу алюмінієвих електролізерів на металевих пластинах. – Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.14.06 – Технічна теплофізика і промислова теплоенергетика. - Національний технічний університет України “КПІ”, Міністерство освіти і науки України, Київ, 2005.

Дисертація присвячена розробці і дослідженню нового комбінованого способу випалу алюмінієвих електролізерів ( з анодами, що самовипалюються, на силу струму 155 – 158 кА) на металевих пластинах та впровадженню температурного регламенту з метою якісного спікання міжблочних і периферійних швів.

Вдосконалено чисельну модель нестаціонарних процесів теплообміну при випалі на металевих (алюмінієвих) пластинах. Методика чисельної моделі побудована на основі методу граничних елементів.

Результати розрахунків температурного поля і енерготехнологічних показників на кінець випалу відповідають поставленій задачі.

За вдосконаленою методикою випалу проведено експериментальні дослідження температурних полів при випалі на пластинах електролізерів ВАТ “Братский алюминиевый завод”.

Експериментальні дані показали задовільний збіг з розрахунковими, досягнуті задані температури на кінець випалу.

Порівняльний аналіз з іншими видами випалу джоулевою теплотою показав, що випал на пластинах більш рівномірний, та з енергетичної точки зору не гірший за випал на коксовому дріб'язку і перевершує випал на металі. Температурний графік нагрівання рекомендовано для використання при застосуванні будь-яких подових мас.

Додаткові дослідження впровадженого регламенту показали, що випал на алюмінієвих пластинах може бути скорочений на одну добу. При цьому якість спікання швів при випалі не змінюється.

Складено прогноз терміну служби електролізерів по нормальнологарифмічній функції розподілу і за трипараметричною формулою Вейбула при різних видах випалу джоулевою теплотою (на металі, стружці, пластинах).

Порівняльний аналіз показав, що випал на пластинах має кращі показники по терміну експлуатації, ніж випали на металі або стружці, як за нормальнологорифмічною функцією, так і за формулою Вейбула.

Ключові слова: електролізер; випал; джоулева теплота; анод, що самовипалюється; верхній струмопідвод; подова маса; коксування; периферійний шов; термін експлуатації.

АННОТАЦИЯ

Вонсович Р.К. Оптимизация тепловых режимов обжига алюминиевых электролизеров на металлических пластинах.– Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.14.06 – Техническая теплофизика и промышленная теплоэнергетика.- Национальный технический университет Украины “КПИ”, Министерство образования и науки Украины, Киев, 2005.

Диссертация посвящена разработке и исследованию нового комбинированного способа обжига алюминиевых электролизеров (с самообжигающимися анодами на силу тока 155 – 158 кА) на металлических пластинах и разработке температурного регламента с целью качественного спекания межблочных и периферийных швов.

Усовершенствована численная модель нестационарных процессов теплообмена при обжиге на металлических (алюминиевых) пластинах. Методика численной модели построена на основе метода граничных элементов.

Результаты расчетов температурного поля и энерготехнологических показателей на конец обжига соответствуют поставленной задаче.

По усовершенствованной методике обжига проведены экспериментальные исследования температурных полей при обжиге на пластинах электролизеров ОАО “Братский алюминиевый завод”.

Экспериментальные данные показали хорошее совпадение с расчетными, достигнуты заданные температуры на конец обжига.

Сравнительный анализ с другими видами обжига джоулевой теплотой показал, что обжиг на пластинах более равномерный, и с энергетической точки зрения не уступает обжигу на коксовой мелочи и превосходит обжиг на металле. Температурный график нагрева рекомендован для применения при использовании любых подовых масс.

Дополнительные исследования внедренного регламента показали, что обжиг на алюминиевых пластинах может быть сокращен на одни сутки. При этом качество спекания швов при обжиге не изменяется.

Составлен прогноз срока службы электролизеров по нормальнологарифмической функции распределения и трехпараметрической формуле Вейбулла при различных видах обжига джоулевой теплотой (на металле, стружке, пластинах).

Сравнительный анализ показал, что обжиг на пластинах имеет лучшие показатели по сроку службы, чем обжиг на металле или стружке, как по нормальнологарифмической функции, так и по формуле Вейбула.

Ключевые слова: электролизер; обжиг; джоулевая теплота; самообжигающийся анод; блюмс; верхний токоподвод; подовая масса; коксование; периферийный шов; срок службы.

ANNOTATION

Vonsovich R.K. Thermal modes optimization of roasting aluminium electrolyzers on the plates. – the Manuscript.

The candidate of engineering science degree thesis by specialty 05.14.05 – Technical thermal physics and industrial power engineering. – National Technical University of Ukraine “Kyiv polytechnic institute”, Ministry of education and science of Ukraine, Kyiv, 2005.

The dissertation is devoted to the development and research of the new combined way of roasting aluminium electrolyzers (with self-roacting anodes on force of a current strength 155-158 kA) on metal plates and development of the temperature rules with the purpose of qualitative sintering interblock and peripheral seams.

The numerical model of non-stationary of heat exchange is improved at roasting on metal (aluminium) plates. The technique of numerical model is constructed on the basis of a method of boundary elements.

Results of a temperature field calculations and energotechnological parameters at the end of roasting correspond to the task.

The experimental researches of temperature fields were carried out by the developed technique of roasting at roasting on plates of electrolyzers of Public Corporation “Bratsky aluminium factory”.

Experimental data have shown good concurrence with a settlement, the set temperatures on the end of roasting are achieved.

The comparative analysis with other kinds of roasting Joule heat has shown that roasting on the plates is more uniform, and from the power point of view does not concede to roasting on the cokes trifle and surpasses roasting on a metal. The developed temperature schedule of heating is recommended for application at use of any weights.

Additional researches of the introduced rules have shown that roasting on aluminium plates can be reduced to the one day. Thus quality of sintering of seams at roasting does not change.

The forecast of service life electrolyzers is made by the logarithm functions of distribution and by three-parametrical formula of Veibul at various kinds of roasting Joule by heat (on the metal, a shaving, and plates).

The comparative analysis has shown, that roasting on the plates has the best parameters on service life, than roasting on metal or a shaving, by the logarithm functions of distribution and by three-parametrical formula of Veibul at various kinds of roasting Joule by heat (on the metal, a shaving, and plates).

Key words: electrolyzers; roasting; Joule by heat; the self-roacting anode; blooms; top conduction; sole weight; coking; a peripheral seam; service life.