ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
Санкт-Петербургский государственный горный институт
имени Г.В. Плеханова
(технический университет)
УТВЕЖДАЮ
Проректор по учебной работе
__________________проф. М.А. Иванов
«___» ________________________2009 г.
УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА
«ЭЛЕКТРОЛИЗНОЕ ПРОИЗВОДСТВО АЛЮМИНИЯ»
(120 часов)
Санкт-Петербург
2009
1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ПРОГРАММЫ
Цель программы – повышение квалификации и научного потенциала, обеспечение
современного профессионального уровня инженерных работников и специалистов
предприятий алюминиевой промышленности.
Задачи программы:
– приобретение необходимых знаний по вопросам новой техники, передовой
технологии, механизации и автоматизации производственных процессов;
– знакомство с новыми достижениями и перспективным оборудованием в области
электролитического производства алюминия;
– приобретение практических навыков в разработке новых систем анализа
технологической ситуации;
– обеспечение профессиональной подготовки в соответствии с современными
тенденциями развития алюминиевой промышленности.
Обучение
по
направлению
«Электролизное
производство
алюминия»
осуществляется в рамках деятельности Ведущей научной школы СПГГИ(ТУ)
«Разработка теоретических основ наукоемких технологий в области комплексной
переработки рудного и техногенного сырья цветных, благородных металлов»
Информационная поддержка курсов повышения квалификация осуществляется при
помощи научно-технических средств, разработок и исследований СПГГИ(ТУ)
«Национального исследовательского университета».
2. ВИДЫ ЗАНЯТИЙ, КОЛИЧЕСТВО УЧЕБНЫХ ЧАСОВ
Вид учебной работы
Всего часов
Общая трудоемкость дисциплины
120
Лекции
110
Лабораторные занятия (ЛР)
6
Индивидуальные занятия
с преподавателем (консультации)
4
Вид итогового контроля
зачет
3. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
3.1. Разделы дисциплины и виды занятий
№
п/п
1
1.1
1.2
1.3
2
3
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
Наименование тем
Свойства и применение алюминия
Свойства алюминия
Применение алюминия
Производство и потребление алюминия
Основы электролиза расплавов
Сырье и основные материалы
Основные минералы и руды алюминия
Глинозем
Фториды
Анодные материалы
Углеродные футеровочные материалы
Кол-во
часов
4
1
1
2
2
6
1
1
1
1
1
2
№
п/п
3.6
4
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
4.7
5
5.1
5.2
5.3
5.4
5.5
5.6
6
6.1
6.2
6.3
6.4
6.5
6.6
6.7
7
7.1
7.2
8
8.1
8.2
8.3
8.4
9
9.1
9.2
9.3
9.4
9.5
10
10.1
10.2
10.3
10.4
10.5
11
11.1
11.2
11.3
11.4
Наименование тем
Огнеупорные и изоляционные материалы
Свойства электролитов и основы электролиза
Состав и свойства электролита
Физико-химические свойства электролитов
Строение электролитов
Основные электродные реакции
Пиролиз и испарение
Влияние добавок
Показатели процесса электролиза
Конструкции современных электролизеров
Общая характеристика электролизеров
Катодное устройство
Анодное устройство
Системы газоулавливания
Ошиновка электролизеров
Сверхмощные алюминиевые электролизеры
Технология обслуживания электролизеров
Обжиг, пуск и послепусковой период
Обслуживание ванны
Выливка металла
Корректировка состава электролита
Способы ликвидации анодных эффектов
Нарушения технологии и меры по их устранению
Разрушение подин электролизеров
Технология обслуживания анодов
Технология производства анодов
Электролизеры с обожженными анодами
Магнитное поле электролизера
Основные сведения об электромагнетизме
Магнитное поле в электролизере
Электромагнитные силы в металле
Ошиновка электролизеров
Механизация и автоматизация процесса электролиза
Транспортно – технологическая схема цеха электролиза
Современное состояние механизации
Механизация операций по обслуживанию
Измерение основных параметров электролизеров
Автоматизация процесса электролиза
Электролизный цех
Архитектурно – планировочная компоновка цеха
Инженерные сети
Вентиляция корпусов
Электроснабжение электролизных цехов
Ремонт электролизеров
Экология производства алюминия
Токсикологическая оценка сырья и выделений при электролизе
Расчет выбросов при электролизе
Отходы производства и их утилизация
Способы очистки отходящих газов
Кол-во
часов
1
16
2
2
2
2
2
2
4
10
2
2
2
2
1
1
22
8
6
1
1
1
4
2
5
3
2
4
1
1
1
11
6
1
1
1
1
1
7
1
1
1
2
2
5
1
1
1
2
3
№
п/п
12
12.1
12.2
12.3
13
13.1
13.2
13.3
Наименование тем
Основы экономики производства алюминия
Общие положения
Расход сырья, материалов и электроэнергии
Пути снижения себестоимости и повышения прибыли
Альтернативные способы получения алюминия
Общие положения
Технология нерасходуемого анода
Перспективы развития производства алюминия
Кол-во
часов
8
2
2
4
9
3
3
3
3.2. Содержание разделов дисциплины
РАЗДЕЛ 1. Свойства и применение алюминия. Физические и химические свойства
алюминия. Области и перспективы применения алюминия. Производство и потребление
алюминия. Свойства алюминиевых сплавов. Алюминиевая промышленность за рубежом.
РАЗДЕЛ 2. Основы электролиза криолитоглиноземных расплавов. Основы
электрохимии. Природа прохождения тока в веществе. Проводники первого и второго
рода. Растворы и расплавы электролитов. Движение ионов и электропроводность
растворов электролитов. Гальванические элементы как системы преобразования
химической работы в электрическую. Понятие о стандартных электродных потенциалах.
Электроды первого и второго рода. Окислительно-восстановительные электроды и цепи
на их основе.
Основы электрометаллургии. Явление электролиза. Первый и второй законы Фарадея.
Химические процессы при электролизе. Химический эквивалент, число Фарадея. Выход
по току, кажущиеся отклонения от законов Фарадея. Стандартные потенциалы металлов в
растворах и расплавах. Ряд напряжений металлов и умение пользоваться им при
определении возможности выделения металлов из растворов и расплавов.
РАЗДЕЛ 3. Сырье и основные материалы. Характеристика основных материалов для
производства алюминия. Глинозем различного качества. Перспективы использования
глиноземов «песчаного типа». Криолит и другие фтористые соединения. Обожженные
электроды для анодов, для катодной футеровки и анодной массы для самообжигающихся
анодов. Алюминиевые катоды. Огнеупорные и изоляционные барьерные материалы.
Новые углеродные и огнеупорные материалы. Материальный баланс электролизера.
РАЗДЕЛ 4. Свойства электролитов и основы электролиза расплавов. Состав и
свойства электролита. Физико-химические свойства электролитов. Влияние криолитового
отношения на электродные процессы. Основные реакции на аноде и катоде. Побочные
химические реакции. Пиролиз и испарение. Влияние добавок на свойства электролитов.
РАЗДЕЛ 5. Конструкции
современных
электролизеров.
Общее
описание
конструкций электролизеров по чертежам. Назначение катодного кожуха ванн и
особенности его устройства. Конструкция ванны для производства первичного алюминия.
Катоды для электролизеров различного типа. Цоколь ванны. Крепление кожуха.
Огнеупорная и угольная футеровка ванны. Устройство и укладка катодных блоков.
Назначение угольной подушки и засыпки. Катодные контакты и шины. Анодное
устройство. Аноды, анододержатели и шины. Конструкция обожженного анода.
Подъемное устройство электролизера ОА. Газосборные устройства. Электролизеры
Содерберга с непрерывными самообжигающимися анодами. Анодное устройство.
Особенности конструкции кожухов мощных электролизных ванн. Разные виды укрытия
ванн. Дожигание анодных газов. Формы рабочего пространства ванны. Магнезитовая
футеровка и особенности ее кладки и эксплуатации. Анодные блоки и контакты.
Графитовые катоды, контакты и шины. Подъемное устройство и механизмы
электролизера. Тепловые балансы электролизеров
РАЗДЕЛ 6. Технология обслуживания электролизеров. Пуск ванны при вводе в
4
эксплуатацию новых серий и в действующую серию после ремонта. Сушка футеровки.
Средства и приспособления для сушки. Правила обращения с ними. Обжиг подовой
массы. Обжиг анодов. Пуск ванны. Ванны-матки для пускового электролита.
Работа ванны в послепусковой период. Особенности работы ванны после пуска:
«холодный ход», повышенное напряжение, пропитка футеровки и др. Длительность
работы после пускового периода, особенности обслуживания ванн в это время.
Признаки нормального режима работы ванны. Характеристика и показатели нормально
работающей ванны; нормальная температура электролита; сила тока и напряжение на
ванне; стабильный выход по току продуктов электролиза. Особенности обслуживания
алюминиевых электролизеров.
Питание глиноземом. Подсушивание и подогревание сырья. Признаки глиноземного
насыщения и «недопитки» ванны. Загрузка глинозема в расплав. Силоса и бункера для
глинозема. Пневмотранспорт. Анодный эффект, причины допусков и меры ликвидации.
Нормы содержания глинозема в электролите. Обслуживание анодов. Обожженные аноды,
их регулирование и смена огарков. Междуполюсное расстояние, зависимость теплового
равновесия от междуполюсного расстояния. Зависимость рабочего напряжения от
расстояния между катодом и анодом. Измерение токовой нагрузки на аноды. Новые более
эффективные способы осуществления операций по обслуживанию ванн. Корректирование
состава электролита. Назначение операций.
Методы обслуживания ванн при горячем и холодном ходе электролиза, науглероживании
электролита, работе ванн "в бок". Обслуживание электролизеров при неисправности в
анодном устройстве, замыкании на металл в мощных электролизерах, прорыве металла и
электролита, перерывах в питании электроэнергией и в других случаях нарушения
нормальной работы ванн и авариях.
РАЗДЕЛ 7. Технология обслуживания анодов. Обслуживание непрерывных
самообжигающихся анодов: установка анода, загрузка необожженной угольной массы,
перестановка штырей и регулирование анодов. Саморегулируемость непрерывных анодов.
Назначение операции. Зависимость состава добавок от срока службы.
Обслуживание обожженных анодов: снятие огарка, установка нового анода,
регулирование анодов. Измерение перепадов напряжения. Перетяжка. Аварийные
ситуации. Новые более эффективные способы осуществления операций по обслуживанию
ванн. Работа с многофункциональными кранами и грейферами.
РАЗДЕЛ 8. Магнитное
поле
электролизера.
Основные
сведения
об
электромагнетизме. Правило левой руки. Магнитное поле в электролизере.
Электромагнитные силы в металле. Повышение МГД-стабильности. Ошиновка
электролизеров и ее конструкции. Компенсационные шины. Серийная ошиновка.
Электрические балансы и магнитные поля на мощных алюминиевых электролизерах.
РАЗДЕЛ 9. Механизация и автоматизация процесса электролиза. Транспортно –
технологическая схема цеха электролиза. Современное состояние механизации в
электролизных цехах. Механизация доставки глинозема и пробивки корки. Системы
центральной раздачи глинозема (ЦРГ), системы питания глиноземом и фторсолями АПГ.
Управление многофункциональными кранами. Машины для выливки металла.
Механизация операций по обслуживанию анодов. Измерение основных параметров
электролизеров. Современные системы АСУТП электролиза.
РАЗДЕЛ 10. Электролизный цех. Архитектурно – планировочная компоновка цеха.
Инженерные сети. Основные производственные помещения. Вспомогательное
производство. Склады исходного сырья и готовой продукции. Бытовые помещения.
Электролизный корпус для размещения электролизеров. Электрическая изоляция ванн.
Анодная и катодная ошиновка серии ванн. Литейное отделение, отделение капитального
ремонта. Вентиляция, газоотсос и регенерация фтористых солей. Естественная и
искусственная вентиляция цеха и требования к ней. Основные транспортные средства
цеха: мостовой кран, балочные и консольные краны, электрокары. Правила пользования
транспортными средствами цеха. Электроснабжение электролизных цехов.
5
РАЗДЕЛ 11. Экология производства алюминия. Токсикологическая оценка сырья и
выделений при электролизе. Предельно-допустимые концентрации. Расчет выбросов при
электролизе. Отходы производства и их утилизация. Технологические схемы рециклинга
электролизного производства. Способы очистки отходящих газов. Сухая и мокрая
газоочистка. Эффективность систем газопылеулавливания. Современные газоочистные
установки.
РАЗДЕЛ 12. Основы экономики производства алюминия. Основные положения по
менеджменту электролизного цеха. Определение производительности электролизера.
Выход по току. Расход электроэнергии и пути его снижения. Выход по энергии. Понятие о
балансе напряжения ванны. Энергетический баланс. Качество и себестоимость металла.
Расход сырья и материалов. Задачи технического контроля за производством. Объекты и
нормы технического контроля в электролизных цехах. Краткие сведения о методике
технического контроля. Эффективные способы управления производством.
РАЗДЕЛ 13. Альтернативные способы получения алюминия. Перспективы развития
производства алюминия. Технология Непрерывного предварительно обожженного анода.
Инертный анод. Коллоидный анод. Вертикальные электроды и биполярные
электролизеры. Диафрагменный электролизер. Дренированный катод. Карботермическое
извлечения алюминия из глин и восстановление глинозема водородом.
ТЕМАТИКА И ВИДЫ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
№
п/п
1
2
3
Тема лабораторных занятий
Современные приборы для измерения основных параметров
электролиза алюминия
Методы проектирования нового оборудования
Расчет тепловых, энергетических, материальных балансов при
помощи прикладных программ
Кол-во
часов
2
2
2
6. РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Сизяков В.М. Состояние и проблемы развития алюминиевой промышленности в
условиях экономики переходного периода (Аналитический обзор). М., Металлургия.
2001. 20 с.
2. Сизяков В.М. Металлургия легких металлов. Конспект лекций. Санкт-Петербургский
государственный горный институт. СПб., 2001.- 125 с.
3. Троицкий И.А., Железнов В.А. Металлургия алюминия.–М.: Металлургия, 1977. – 392
с.
4. Ветюков М.М., Цыплаков А.М., Школьников С.Н. Электрометаллургия алюминия и
магния. М., Металлургия, 1987. – 425 с.
5. Минцис М.Я., Поляков П.В., Сиразутдинов Г.А. Электрометаллургия алюминия.Новосибирск: Наука, 2001.- 368 с.
6. Янко Э.А. Производство алюминия. Учебное пособие. - СПб.: Издательство С.
Петербургского Университета. 2007. – 305 с.
Программу составил
доцент кафедры МЦМ, к.т.н.
Бажин В.Ю.
Декан металлургического факультета
профессор, д.т.н.
Н.М. Теляков
Заведующий кафедрой МЦМ
профессор, д.т.н.
В.М. Сизяков
6