ПРИМЕНЕНИЕ ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОЙ КОНСТРУКЦИИ АНОДНОГО УЗЛА АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА

Завизин Антон Викторович , Пискажова Татьяна Валериевна , Линейцев Алексей Викторович , Третьяков Ярослав Александрович

2017 / Том 21 №1 (120) 2017 [ МЕТАЛЛУРГИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ ]

ЦЕЛЬ. Процесс получения алюминия очень энергоемкий, поэтому снижение потребления электроэнергии является одной из ключевых задач при конструировании алюминиевого электролизера. Одним из путей сбережения электрической энергии может быть уменьшение величины падения напряжения за счет изменения конструкции анода и стального паука. Цель данного исследования - разработка альтернативной трехмерной термоэлектрической конечно-элементной модели анодного узла с применением современных методов оптимизации и обоснование ее энергоэффективности путем измерения температур и разности электрических потенциалов. МЕТОДЫ. Термоэлектрические расчеты проводились методом конечных элементов. Разработанная конечно-элементная модель предназначена для оценки распределения температур и электрического потенциала, а также для выявления оптимальных конструктивных изменений анодного узла с целью уменьшения общего анодного напряжения. РЕЗУЛЬТАТЫ. Изучено влияние диаметра стальных ниппелей и изменение конструкции стального паука на тепловую и электрическую работу анодного узла. ВЫВОДЫ. На основе полученных результатов предложено использование более энергоэффективной конструкции стального паука по сравнению с общеизвестной - конструкции в сплошном исполнении.

Ключевые слова:

электролизер, анодный узел, ниппели, параметрическая трехмерная конечно-элементная модель, SolidWorks, COMSOL Multiphysics

Библиографический список:

1. Kvande H., Drablos P.A. The aluminum smelting process and innovative alternative technologies // Journal of Occupational and Environmental Medicine. 2014. Vol. 56. P. 23.
2. Grjotheim K., Kvande H. Introduction to aluminium electrolysis: Understanding the Hall-Heroult process // Dusseldorf. Aluminium-Verlag. 1993.
3. Fortin H., Fafard M., Kandev N., Goulet P. FEM analysis of voltage drop in the anode connector assembly // TMS Light Metals. 2009. Vol. 1. P. 1055–1060.
4. Li W., Zhou J., Zhou Y.-W. Numerical analysis of the anode voltage drop of reduction cell // TMS Light Metals. 2009. Vol. 1. P. 1169–1171.
5. Beier S. A study of an anode assembly with focus on the anode connection used in aluminium reduction cells // Master’s thesis. Auckland University. July 2010.
6. Fortin H., Fafard M., Kandev N. FEM analysis of voltage drop in the anode connector induced by steel stub diameter reduction // Finite elements in analysis and design. 2012. Vol. 52. P. 71–82.
7. Jeddi E. Numerical study of anodic voltage drop in the Hall-Heroult cells by finite element method // Master’s thesis. Quebec University. 2013.
8. Mahmoud A. Aly, Mohamed M. Ali, Atlam A.A. A study of anodic voltage drop in aluminum reduction cell by finite element analysis // International Journal of Engineering Research and Applications. 2016. Vol. 6. P. 1–11.
9. Fortin H. Modelisation du comportement thermo-electric-mecanique de l’anode de carbone utilisee dans la production primaire de l’aluminium. Master’s thesis. University Laval. 2009.
10. Dupuis M. Using ANSYS to model aluminium reduction cell since 1984 and beyond // In Proceedings of the ANSYS 10th International Conference. 2002.
11. Beier S., Chen J.J., Fortin H., Fafard M. FEM analysis of the anode in aluminium reduction cells // TMS Light Metals. 2011. Vol. 1. P. 979–984.
12. Завизин А.В., Пискажова Т.В., Линейцев А.В., Третьяков Я.А. Совершенствование конструкции анодного узла алюминиевого электролизера с использованием современных САПР // Образовательные ресурсы и технологии. 2016. № 2. С. 103–108.
13. Завизин А.В., Пискажова Т.В., Линейцев А.В. Программный модуль для построения тигельной печи сопротивления в среде SolidWorks на базе API [Электронный ресурс] // Инженерный вестник. 2015. № 6. URL: http://engsi.ru/doc/781113.html (18.10.2016).
14. Dupuis M. Process simulation // TMS Course on Industrial Aluminum Electrolysis. 1997.
15. Мирпочаев Х.А., Азизов Б.С., Муродиён А.Ш. Усовершенствование конструкции анодных токоподводов – смонтированных обожженных анодов электролизера для производства алюминия // Доклады Академии наук республики Таджикистан. Секция «Металлургия». 2008. Т. 51. № 10. С. 765–769.
16. Dag Sverre Saesboe. Storvik high conductivity anode yoke with copper core // The International Committee for Study of Bauxite, Alumina & Aluminium. Quebec, Canada. 2015.

Файлы:

• 18.pdf (скачать | просмотреть) - скачано 41 раз