Анотація до роботи:

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.

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 550660С, а периферійних швів близько 400412С, 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 450С, а темп нагрівання в інтервалі 350 450С може становити 67С/год. Таким чином, тривалість випалу може бути скорочена на 2025 год.

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 550С, 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 С, відповідно.

7. Виконано оцінку питомих витрат підведеної електричної енергії для різних видів випалу. Встановлено, що витрати енергії при випалі на пластинах (4,8 кВтгод/(м³К)) менші, ніж витрати при випалі на металі (67 кВтгод/(м³ К)) і збігаються з витратами при випалі на коксовому дріб'язку (4,34,7 кВтгод/(м³К)).

   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.

Публікації автора:

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

   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.