Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
%
NaCl
Na3AlF6
Температура, С0
%
MgF2
Na3AlF6
Температура, С0
Температура, С0
CaF2,%
Na3AlF6
CaF2
Температура, С0
AlF3,%
5NaF∙3AlF3
3NaF∙AlF3
АНОД
Содержание
Введение…………………………………………………………………………………..4
Глава 1. Структура предприятия………………………………………………….....5
1.1. Электролизный цех…………………………………………………………..5
1.2. Литье алюминия………………………………………………………………8
1.3. Транспортно-технологическая схема литейного производства
Тайшетского алюминиевого завода……………………………………….10
1.4. Планировка литейного отделения………………………………………….10
Глава 2. Конструкция электролизеров для производства алюминия………....12
2.1. Общая характеристика и классификация электролизеров……………….12
2.2. Катодное устройство………………………………………………………12
2.2.1. Катодные кожухи………………………………………………………….12
2.2.2. Огнеупорная и теплоизоляционная футеровка подины………………..18
2.2.3. Новые материалы для катодной футеровки…………………………….20
2.3. Анодное устройство……………………………………………………….22
2.3.1. Анодная рама и ее перетяжка…………………………………………….23
2.4. Системы газоулавливания………………………………………………….24
2.5. Ошиновка электролизеров………………………………………………….27
2.6. Электроизоляция…………………………………………………………….29
2.7. Преимущества и недостатки электролизеров различных типов…………30
Глава 3 Практические аспекты производства алюминия...................................33
3.1. Обоснование выбора типа электролизера……………………………….33
3.2. Технологическая характеристика электролизера
на силу тока 130 кА………………………………………………………….34
3.3. Электрический режим работы корпусов электролиза…………………..38
3.4. Компоновка оборудования в корпусах электролиза………………………40
3.5. Механизация и автоматизация производственных процессов…………....41
3.6. Характеристика сырья, основных, вспомогательных
материалов и товарной продукции……………………………………….43
Глава 4 Эксплуатация электролизеров..................................................................50
4.1. Обжиг и пуск электролизеров…………………………………………….50
4.1.1. Подготовка электролизеров к обжигу………………………………....50
4.1.2. Обжиг электролизеров…………………………………………………..51
4.1.3. Пуск электролизеров…………………………………………………….53
4.1.4. Технологический режим в период после пуска……………………….54
4.2. Операции по обслуживанию электролизеров……………………………55
4.2.1. Наблюдение за технологическим процессом в течение смены……….56
4.2.2. Поддержание технологических параметров
в заданных пределах……………………………………………………..56
4.2.3. Питание электролизеров глиноземом…………………………………..59
4.2.4. Корректировка состава электролита и питание
электролизеров фторсолями…………………………………………….59
4.2.5. Ликвидация анодных эффектов…………………………………………60
4.2.6. Обслуживание анодного узла…………………………………………….61
4.2.7. Выливка металла………………………………………………………….63
4.3. Нарушения технологического режима и меры
по их устранению…………………………………………………………..64
4.4. Разрушение подины электролизера………………………………………67
4.5. Обслуживание электролизеров с расстройством
технологического режима………………………………………………….71
4.5.1. Питание электролизеров глиноземом и фторсолями
при отключенной системе АПГ…………………………………………72
4.6. Влияние магнитного поля на показатели электролиза…………………….73
4.7. Конфигурация ошиновки……………………………………………………75
4.8. Переработка отходов производства……………………………………....76
Глава 5 Охрана труда и техника безопасности в отделении газоочистки.........78
5.1. Организация труда на Тайшетском алюминиевом заводе……………..78
5.2. Промышленная безопасность……………………………………………..80
5.3. Оценка возможности возникновения аварийных ситуаций
их предотвращение…………………………………………………………81
5.4. Охрана труда и техника безопасности в отделении газоочистки………81
5.5. Мероприятия по технике безопасности
промышленной санитарии в литейном отделении………………………83
5.6. Новые технические решения, используемые
при производстве алюминия………………………………………………84
Глава 6 Экология: отходы производства и их переработка, выбросы и их очистка………………………………………………………………….86
6.1. Обзор существующих методов очистки газов,
выделяющихся при электролизе алюминия……………………………...86
6.2. Физико-химические основы метода «сухой»
сорбционной очистки электролизных газов……………………………..88
6.3. Примеси в алюминии и способы его рафинирования…………………..92
Заключение……………………………………………………………………………..95
Список используемой литературы………………………………………………....96
Алюминий и его сплавы в настоящее время нашли широкое применение в различных отраслях. По своим свойствам алюминий очень выгодно отличается от других металлов. Для него характерны: небольшая плотность; хорошая пластичность и достаточная механическая прочность; высокая тепло- и электропроводность, коррозионная устойчивость. Алюминий способен образовывать со многими металлами сплавы. Алюминиевые сплавы делятся на две группы: литейные сплавы, которые применяются фасонного литья, и деформируемые сплавы, идущие на производство проката штампованных изделий. Из литейных сплавов более распространены сплавы алюминия с кремнием, называемые силуминами.
Важнейшие потребители алюминия и его сплавов – авиационная и автомобильная промышленность, железнодорожный и водный транспорт, машиностроение, электротехническая, химическая металлургическая и пищевая промышленности, промышленное и гражданское строительство.
Судя по свойствам алюминия, можно сказать, что он мог бы применятся значительно шире и в больших количествах и заменять в большинстве конструкций сталь. Но этому препятствует большая по сравнению со сталью стоимость алюминия. Требуется еще много работать над дальнейшим расширением масштапроизводства алюминия и уменьшением его стоимости.
Данный проект основан на практических данных Красноярского алюминиевого завода. Проект выполнен на основе действующего оборудования корпуса. Содержание проекта представляет собой расчет электролизера. В котором производят конструктивный, материальный, электрический и тепловой расчет электролизной ванны, а также расчёт количества установленных электролизёров и производительности серии. Эти расчёты необходимы для определения технико-экономических показателей работы цеха.
Для получения алюминия - сырца в электролизёр загружают глинозём, анодную массу и фторсоли. В процессе электролиза образуются в основном окислы углерода. В результате испарения и пылеуноса отходящими газами из процесса постоянно выбывают некоторые количества фтористых соединений и глинозёма.
При применении самообжигающихся анодов в процессе электролиза часть анодной массы выбывает в виде летучих соединений при коксовании анода. Кроме того, анодная масса расходуется в виде пены снимаемой с поверхности электролита. Увеличенный расход анодной массы и фтористых солей на электролизёрах с верхним токоподводом объясняется низким качеством анодной массы и недостатками обслуживания электролизёра.
1.1 Материальный баланс
В процессе электролиза криолитоглинозёмного расплава расходуется глинозём, фтористые соли и угольный анод. При этом образуется расплавленный алюминий и газообразные окислы углерода.
На основании опыта эксплуатации алюминиевых электролизёров ОА задаёмся параметрами для расчета электролизера:
- сила тока I=168 кА
- анодная плотность тока dа = 0,65 А/см2
- выход по току =87,7 %
Расход сырья N кг на получение 1 кг алюминия принимаем по практическим данным:
- глинозем, NГ = 1,928г
- фтористый алюминий, NФа = 0,030кг
- фтористый кальций, NCа = 0,0014кг
- анодная масса, NМ = 0,532г
Для упрощения расчетов материальный баланс рассчитывают на 1 час работы электролизера.
1.1.1 Производительность электролизера
Производительность электролизера РА1, кг рассчитывается по формуле:
РА1 = j * I * τ * , (1)
где j - электрохимический эквивалент алюминия, 0,335 кг/(кА*час);
I - сила тока, кА;
τ - время, час;
- выход по току, доли единицы.
P А1 = 0,335 * 168 * 0,877 = 49,358 кг
1.1.2 Расчёт прихода сырья в электролизёр
Приход материалов в электролизёр рассчитывают по расходу сырья N на 1кг алюминия и производительности электролизёра в час PAl. Тогда приход сырья составит:
- глинозема RГ, кг
RГ = PAl * NГ (2)
RГ = 49,358 * 1,928 = 95,162 кг
- фтористых солей (А1F3,СаF2 ) RФ, кг
RФ = PAl * (NФа+ NCa) (3)
RФ = 49,358 * ( 0,030 + 0,0014) = 1,550 кг
- анодной массы Rм, кг
Rм = PAl * Nоа (4)
Rм = 49,358 * 0,532 = 26,259 кг
1.1.3 Расчёт продуктов электролиза
1.1.3.1 Количество анодных газов рассчитывают исходя из их состава и реакций, протекающих в электролизёре. Для упрощения расчета принимают состав анодных газов, % (масс.): СO2 - 60; СО - 40.
При получении PAl алюминия выделится кислорода m0, кг:
(5)
где 48 и 54 – молярная масса соответственно кислорода и алюминия в глиноземе.
кг
Из этого количества в двуокись углерода свяжется кислорода m0co2, кг:
(6)
кг
в окись углерода свяжется кислорода m0co, кг:
(7)
Где 60 и 40 – процентное содержание двуокиси углерода (CO2) и окиси углерода (СО) соответственно.
кг
Отсюда можно рассчитать количество углерода связанного в двуокись mcco2, кг:
(8)
кг
Количество углерода связанного в оксид углерода, mcco, кг:
(9)
кг
Таким образом, в час выделяется оксидов Pco2 и Pco, кг:
Pco2 = m0co2 + mcco2 (10)
Pco2 = 32,906 + 12,339 = 45,246 кг
Pco = m0co + mcco (11)
Pco = 10,969 + 8,227 = 19,196 кг
Всего образуется анодных газов Ргаз, кг:
Ргаз = Pco2 + Pco (12)
Ргаз = 45,245 + 19,196 = 64,441 кг
1.1.4 Расчёт потерь сырья
Теоретический расход глинозема составляет 1,89 кг на 1 кг алюминия. Перерасход глинозема объясняется наличием в его составе примесей и механическими потерями. Тогда потери глинозема G, кг составят:
G = PAl * (Nг - 1,89) (13)
G = 49,358 * (1,928 – 1,89 ) = 1,876 кг
Потери углерода Rуг, кг находят по разности прихода анодной массы Rм и расхода углерода, связанного в окислы:
Rуг = Rм - (mcco2 + mcco) (14)
Rуг = 26,259 – ( 12,339 + 8,227) = 5,693 кг
Приход фторсолей в электролизёр принимаем равным расходу.
Данные расчета материального баланса приведены в таблице 1.
Таблица 1 – Материальный баланс на силу тока 165,2 кА
|
Приход |
кг |
% |
Расход |
кг |
% |
|
Глинозем |
95,162 |
77,39 |
Алюминий |
49,358 |
40,15 |
|
СО2 |
45,245 |
36,80 |
|||
|
СО |
19,196 |
15,62 |
|||
|
Анодная масса |
26,259 |
21,35 |
Потери: |
||
|
Глинозем |
1,876 |
1,53 |
|||
|
Фтористые соли |
1,550 |
1,26 |
|||
|
Фтористые соли |
1,550 |
1,26 |
Анодная масса |
5,693* |
4,64 |
|
ИТОГО: |
122,971 |
100 |
ИТОГО: |
122,971 |
100 |
* - с учетом газов коксования и механических потерь.
1.2 Конструктивный расчет
В задачу конструктивного расчета входит определение основных размеров электролизера.
1.2.1 Анодное устройство электролизера
Размеры анода:
Площадь сечения анода Sа определяется по формуле:
, (15)
где I – сила тока, А;
da- анодная плотность тока, А/см2
см2
Ширина анода Ва, см, исходя из характеристик принятой конструкции электролизёра С8БМ, принимается 285 см.
Тогда длина анода La, см будет:
(16)
см
Расчёт штырей, с помощью которых ток подводится к телу анода, осуществляется по силе тока и плотности тока в стальной части штыря равной dст = 0,19 А /мм2.
Применяемые штыри имеют следующие размеры, мм:
- общая длина – 2700
- длина стальной части -1950
- длина алюминиевой штанги – 1040
- максимальный диаметр – 138
- минимальный диаметр – 100
Площадь сечения всех штырей SО., мм2 определяются:
(17)
мм2
Штыри имеют форму усеченного конуса, поэтому расчёт ведём по среднему диаметру.
(18)
мм
Площадь сечения одного штыря Sш, мм2:
(19)
мм2
где DШ – средний диаметр штыря, мм
Зная площадь сечения всех штырей и площадь сечения одного штыря можно определить их количество, К:
(20)
Штыри на анодной раме располагаются в 4 ряда, поэтому принимаем их количество кратным 4, то есть 80 штук.
1.2.2 Расчёт катодного устройства
Катодное устройство электролизёра предназначено для создания необходимых условий для протекания процесса электролиза в криолитоглиноземном расплаве. Катодное устройство состоит из стального сварного кожуха, теплоизоляционного цоколя и углеродистой футеровки, образующей шахту электролизёра.
Размеры шахты электролизёра
Внутренние размеры шахты электролизера рассчитывают исходя из длины анода (формула 16) и принятых расстояний от анода до стенок боковой футеровки (Рисунок 1). Для данного типа электролизёра установлено, что расстояние
- от продольной стороны анода до футеровки, а = 63,5 см
- от торца анода до футеровки, в = 50 см.
Рисунок 1 Схема анода и шахты электролизёра
Тогда длина Lш, см и ширина Вш, см шахты будут:
Lш =Lа + 2*в; (21)
Lш = 906,8 + 2 * 50 = 1006,8 см
Вш = Ва + 2*а (22)
Вш = 285 + 2 * 63,5 = 412 см
Глубина шахты электролизёра С-8БМ равна 56,5 см.
Катодное устройство электролизёра имеет сборно-блочную подину, смонтированную из коротких и длинных прошивных блоков вперевязку.
Отечественная промышленность выпускает катодные блоки высотой hб = 40 см , шириной bб = 55 см, и длиной l б от 110 до 400 см. При ширине шахты 412 см применяют катодные блоки:
- короткие l кб = 160 см
- длинные l дб = 220 см
Число секций в подине, Nс определяют исходя из длины шахты:
(23)
где bб – ширина подового блока;
с – ширина шва между блоками, 4 см.
Число катодных блоков Nб, равно:
Nб = Nс * 2 (24)
Nб = 17 * 2 =34
Подина данного электролизера монтируется из 32 катодных блоков, уложенных по 16 штук в два ряда с перевязкой центрального шва.
Межблочные швы при монтаже подины набиваются подовой массой.
Для отвода тока от подины, в подовые блоки вставлены стальные катодные стержни (блюмсы):
- для блока 160 см длина блюмса 219 см;
- для блока 220 см длина блюмса 279 см.
Ширина периферийных швов от подовых блоков до футеровки будет равна:
- в торцах подины, bт,
bт = (25)
bт =
- по продольным сторонам, bп:
(26)
1.2.3 Размеры катодного кожуха
Внутренние размеры катодного кожуха определяются из рассчитанных ранее размеров шахты электролизёра (формулы 21, 22) и толщины слоя теплоизоляционных материалов.
Длина катодного кожуха Lк, см:
где: Lш - длина шахты, см;
3,5 – толщина теплоизоляционной засыпки в торцах электролизёра, см.
Lк =1006,8 + 2 (20 + 3,5) = 1053,8
Ширина катодного кожуха Вк, см:
где: Вщ - ширина шахты, см;
5 – толщина теплоизоляционной засыпки в продольных сторонах электролизёра, см.
Вк = 412 + 2 (20*5) = 462
Футеровка днища катодного кожуха выполняется следующим образом (снизу - вверх):
- теплоизоляционная засыпка 3 см;
- два ряда легковесного шамота или красного кирпича 2 6,5 см;
- три ряда шамотного кирпича 3 6,5 см;
- угольная подушка 3 см;
- подовый блок 40 см.
Тогда высота катодного кожуха Нк, см будет:
Нк = 3 + 5* 6,5 + 3 + Нш + hб (29)
где: Нш - глубина шахты, см;
hб – высота подового блока, см.
Нк = 3 + 5 * 6,5 + 3 + 56,5 +40 = 135см
Принимаем катодный кожух контрфорсного типа с днищем. Число контрфорсов равно 20, по 10 с каждой продольной стороны. Стенки катодного кожуха изготавливаются из листовой стали толщиной 10 мм, днище – 12мм.
Кожух снаружи укреплен поясами жесткости из двутавровых балок или швеллеров.
1.3 Электрический баланс электролизёра
Электрический расчёт электролизера заключается в определении всех составляющих падения напряжения на электролизёре, включая напряжение разложения глинозёма и долю падения напряжения при анодных эффектах.
Среднее напряжение UСР. В на электролизёре определяет общий расход электроэнергии на производство алюминия и равно:
где ЕР - напряжение разложении глинозема (или ЭДС поляризации) 1,5 В;
∆UА - падение напряжения в анодном устройстве, В;
∆UП - падение напряжения в подине, В;
∆UАЭ – доля падения напряжения при анодных эффектах, В;
∆UЭЛ - падение напряжения в электролите, В;
∆UО - падение напряжения в ошиновке электролизёра, В;
∆UОО - падение напряжения в общесерийной ошиновке, В.
1.3.1 Падение напряжения в анодном устройстве
Падение напряжения в анодном устройстве состоит из суммы падений напряжения в ошиновке, контактах и аноде. При ориентировочных расчётах для определения падения напряжения в аноде с верхним токоподводом пользуются уравнением, предложенным М.А. Коробовым, тогда ∆UА, мВ равно:
, (31)
где Sa - площадь анода, см2;
К - количество токоподводящих штырей (формула 22);
Lср - среднее расстояние от подошвы анода до концов токоподводящих штырей, принимаем 40 см.
da - анодная плотность тока, 0,65 А/см2;
ρа - удельное электросопротивление анода в интервале температур 750 -950 °С равно 8*10-3 Ом *см.
1.3.2 Падение напряжения в подине
Падение напряжения в подине, смонтированной из прошивных блоков, определяется по уравнению М.А. Коробова и А.М. Цыплакова, ∆UП, мВ:
(32)
где lпр - приведенная длина пути тока (формула 33), см;
ρбл - удельное сопротивление прошивных блоков принимаем 3,72 * 10-3 Ом *см.;
Вш - половина ширины шахты ванны (формула 22), см;
Вбл - ширина катодного блока (формула 34), см;
a - ширина настыли, равна расстоянию от продольной стороны анода до боковой футеровки, 63,5 см;
Scт – площадь сечения блюмса (формула 35), см2;
da - анодная плотность тока, А/см2.
Приведенную длину пути тока по блоку lпр, см определяем по уравнению:
(33)
где hбл - высота катодного блока;
hст - высота катодного стержня, 14,5 см;
Вст - ширина катодного стержня, 26 см
см
Ширина катодного блока с учетом набивного шва Вбл,см равна:
Вбл = bб + с, (34)
где bб – ширина подового блока;
с – ширина набивного шва между блоками.
Вбл = 55 + 4 = 59
Площадь сечения катодного стержня с учетом заделки равна:
Sст = hст * Вст (35)
Sст = 14,5 * 26 = 377см2
Тогда падение напряжения в подине ∆UП, В составит (формула 32):
Uп = 307 мВ =0,307 В
1.3.3 Доля падения напряжения от анодных эффектов
Величину падения напряжения от анодных эффектов ∆UАЭ, В определяем по формуле:
(36)
где UАЭ – напряжение в момент анодного эффекта, принимаем 30 В;
n - длительность анодного эффекта, принимаем 1,5 мин;
k - частота анодного эффекта в сутки, принимаем 1;
1440 - число минут в сутках.
В
Падение напряжения в электролите
Падение напряжения в электролите, Uэл, В определяется по формуле Форсблома и Машовца:
(37)
где I - сила тока, А;
р - удельное электросопротивление электролита, равно 0,53 Ом * см;
l - межполюсное расстояние, по практическим данным принимаем 5,5 см;
Sа - площадь анода, см2 (формула );
2 (La + Вa) - периметр анода, см.
В
1.3.4 Падение напряжения в ошиновке электролизёра
Падение напряжения в ошиновке электролизёра принимаем на основании замеров на промышленных электролизерах: ∆UО = 0,3 В
Падение напряжения в общесерийной ошиновке
Падение напряжения в общесерийной ошиновке принимаем на основании практических данных: ∆UОО = 0,016 В
Данные расчётов сводим в таблицу 2.
Таблица 2 - Электрический баланс электролизера на силу тока 165,2 кА
Размеры в вольтах
|
Наименование участков |
Ucp |
Up |
Uгр |
|
Ер |
1,500 |
1,500 |
1,500 |
|
UА |
0,573 |
0,573 |
0,573 |
|
UП |
0,307 |
0,307 |
0,307 |
|
UЭЛ |
1,760 |
1,760 |
1,760 |
|
UАЭ |
0,030 |
-- |
0,030 |
|
UО |
0,300 |
0,300 |
0,300 |
|
UОО |
0,016 |
-- |
-- |
|
Итого: |
4,486 |
4,440 |
4,470 |
1.4 Тепловой баланс электролизёра
Нормальная работа электролизёра возможна только при соблюдении теплового равновесия, когда приход и расход тепла в единицу времени при установившемся режиме электролиза становятся равными, т.е. Qпр = Qрасх
Приход тепла в электролизёр осуществляется от прохождения постоянного электрического тока и от сгорания анодной массы.
Тепловой баланс составляют применительно к определённой температуре: окружающей среды или температуре протекания процесса. Обычно составляют баланс при температуре 25С.
В этом случае уравнение теплового баланса можно представить в виде:
Qэл + Qан = QГ + Q Al + Qгаз + Qп, (38)
где Qэл - приход тепла от электроэнергии;
Qан - приход тепла от сгорания анода;
QГ - расход тепла на разложение глинозёма;
Q Al - тепло, уносимое с вылитым металлом;
Qгаз - тепло, уносимое отходящими газами;
Qп - потери тепла в окружающее пространство.
1.4.1 Расчет приход тепла
Приход тепла от прохождения электрического тока Qэл, кДж определяется по уравнению:
Q эл = 3600 * I * Uгр * τ (39)
где 3600 – тепловой эквивалент 1 кВт*ч, кДж;
I – сила тока, кА;
Uгр – греющее напряжение, В (из таблицы 2);
τ – время, часы.
Q эл = 3600 * 168 * 4,470 * 1 = 2703456 кДж
Приход тепла от сгорания угольного анода Qан, кДж определяется:
Qан = Р1СО2 * ∆HTCO2 + Р1СО * HTCO (40)
где Р1СО2 и Р1СО – число киломолей оксидов углерода; определяется по материальному балансу исходя из формул (10 и 11);
∆НТСО2 и ∆НТСО – тепловые эффекты реакций образования СО2 и СО из углерода и кислорода при 25 ˚С (298 К):
∆H298СО2 = 394 070 кДж/кмоль
∆H298СО = 110 616 кДж/кмоль
(41)
кмоль
(42)
кмоль
Qан =1,028∙394070+0,686∙110616=480986,5 кДж
1.4.2 Расход тепла
На разложение глинозема расходуется тепла QГ, кДж:
QГ = R1Г * ∆HTГ, (43)
где R1Г - расход глинозёма, кмоль определяется по формуле 44
∆HTГ - тепловой эффект образования оксида алюминия при 25 ˚С (298 К), равный 1676000 кДж/кмоль.
(44)
кмоль
кДж
Потери тепла с выливаемым из ванны алюминием рассчитываются, исходя из условия, что количество вылитого алюминия соответствует количеству наработанного за то же время.
При температуре выливаемого алюминия 960 °С энтальпия алюминия ∆HT1Al составляет 43982 кДж/кмоль, а при 25 °С энтальпия алюминия ∆HT2Al равна 6716 кДж/кмоль. Отсюда потери тепла QAl, кДж с выливаемым алюминием составят:
QAl = Р1Al * (∆HT1Al - ∆HT2Al) (45)
где Р1Al - количество наработанного алюминия, кмоль определяемое по формуле:
(46)
кмоль
кДж
Унос тепла с газами при колокольной системе газоотсоса рассчитываем, принимая, что разбавление газов за счет подсоса воздуха в систему отсутствует. В этом случае ведем расчет на основные компоненты анодных газов – оксид и диоксид углерода. Тогда унос тепла с газами Qгаз, кДж будет равен:
Qгаз = Р1СО * ( HT1CO - HT2CO) + Р1СО2 * (HT1CO2 - HT2CO2), (47)
где Р1СО и Р1СО2 – количество CO и CO2, кмоль
HT1CO – энтальпия СО при температуре 550 °С, равна 24860 кДж/кмоль
HT2CO – энтальпия СО при температуре 25 °С, равна 8816 кДж/кмоль
HT1CO2 – энтальпия СО2 при температуре 550 °С, равна 40488 кДж/кмоль
HT2CO2 – энтальпия СО2 при температуре 25°С соответственно, 16446 кДж/кмоль
Qгаз = кДж
Потери тепла в окружающую среду определяются на основании законов теплоотдачи конвекцией, излучением и теплопроводностью. Так как электролизер представляет собой сложную систему, изготовленную из различных материалов, для упрощения расчетов, потери тепла конструктивными элементами электролизёра QП, кДж определяются по разности между приходом тепла и расходом по рассчитанным статьям:
Qп = (Q эл + Qан) - (QГ + QAl + Qгаз) (48)
кДж
Данные расчета представлены в таблице 3
Таблица 3 - Тепловой баланс электролизера на силу тока 165,2 кА
|
Приход тепла |
кДж |
% |
Расход тепла |
кДж |
% |
|
От прохождения электроэнергии |
2703456 |
84,9 |
На разложение глинозёма |
1558680 |
48,9 |
|
С вылитым металлом |
68197 |
2,1 |
|||
|
От сгорания угольного анода |
480986,5 |
15,1 |
С отходящими газами |
35721 |
1,2 |
|
Конструктивными элементами и с поверхности электролизёра |
1521844,5 |
47,8 |
|||
|
ИТОГО |
3184442,5 |
100 |
ИТОГО |
3184442,5 |
100 |
1.5 Расчёт цеха
В расчёт цеха входит определение числа рабочих электролизёров в серии, число резервных электролизёров, общее число устанавливаемых электролизёров, годовой выпуск алюминия-сырца одной серией и тремя сериями и удельный расход электроэнергии.
Расчёт числа рабочих электролизёров определяется величиной среднего напряжения на электролизёре и напряжением выпрямительных агрегатов, питающих серию электролизёра.
КПП обеспечивает серию электролизёров, напряжением 850 В. Учитывается резерв напряжения 2% на колебание во внешности сети, потери напряжения в шинопроводах и т.д.
Для подстанции на 850 В рабочее напряжение серии U, В составит:
U = 850 - (U1 + U2 + U3) (49)
U = В
Число рабочих электролизеров
Число рабочих электролизеров N в серии составит:
, (50)
где:U - напряжение серии U, В
UСР - среднее напряжение на электролизере, В (из таблицы 2);
UАЭ- доля увеличения напряжения от анодных эффектов, В (по формуле 36)
Число установленных электролизёров в серии
Для максимального использования возможностей преобразовательной подстанции и обеспечения постоянства производительности серии, число установленных в ней электролизеров NУ должно быть больше, чем работающих, на число резервных электролизеров.
Количество резервных ванн NР рассчитывается исходя из необходимости капитального ремонта электролизеров по формуле:
, (51)
где:N – число рабочих электролизёров в серии;
t – длительность простоя ванн в ремонте, по практическим данным 5 – 8 дней;
Т – срок службы электролизёра, 4 года;
365 – дней в году.
Принимаем 1 резервный электролизёр на серию.
Тогда в серии будет установленных электролизеров NУ, шт.:
NУ = N+ NР, (52)
где N - число рабочих электролизеров;
NР - число резервных электролизеров.
NУ = 180 + 1 = 181
При двухрядном расположении электролизеров в корпусе, по проекту в серии можно установить 180 электролизеров, т.е. размещается в двух корпусах по 90 электролизеров в каждом. Один из этих электролизеров резервный, тогда рабочих электролизеров будет 179. По расчетам установленных электролизеров 181, из этого следует, что остается запас напряжения.
В 3 сериях будет 6 корпусов, в них установлено электролизёров, NУСТ:
NУСТ = NУ * n (53)
NУСТ = 179 * 3 = 537
Годовая производительность серии Pс, т рассчитывается по формуле:
Pс = 0,335 * I * η * 8760 * N * 10-3 (54)
где 0,335 - электрохимический эквивалент, кг/(кА*ч);
I - сила тока, кА;
η - выход по току, д. е.;
8760 - часов в год;
N - число работающих ванн в серии.
РС = 0,335 * 168* 0,877 * 8760 * 179 * 10-3 = 77394,63 т
Годовая производительность цеха Рц, т будет:
Рц = Рс * n (55)
Рц = 77394,63 * 3 = 232183,89 т
Удельный расход электроэнергии W, кВт*ч/т рассчитывается по следующей формуле:
(56)
кВт/ч
Выход по энергии
(57)
г/кВт*ч
На основании расчётов производственная программа приведена в таблице 4.
Таблица 4 - План производства алюминия цеха на силу тока 168 кА
|
Показатели |
Формула |
Цифровое значение |
|
Число установленных электролизёров, шт. |
NУ |
540 |
|
Число ванн подлежащих капитальному ремонту, шт. |
135 |
|
|
Длительность простоя одной ванны в капитальном ремонте, дней |
t |
8 |
|
Длительность планового ремонта, дней |
T |
365 |
|
Число электролизёров в ремонте, шт. |
3 |
|
|
Число рабочих электролизёров, шт. |
N = NУ - Nр |
537 |
|
Сила тока, А |
I |
168000 |
|
Выход по току, % |
η |
87,7 |
|
Выход на ванну, т/сутки |
m |
1,185 |
|
Среднее напряжение, В |
Uср |
4,486 |
|
Удельный расход электроэнергии, кВт*ч/т |
15269,20 |
|
|
Количество алюминия 3 серий, т/год |
M = N*m*T |
232183,89 |
2 Описательная часть
Описательная часть представляет собой раскрытие следующих вопросов: состав и плавкости электролита алюминиевой ванны. Контроль качества готовой продукции (алюминиевые сплавы). Безопасность труда в центральной заводской лаборатории (ЦЗЛ).
2.1 Состав и плавкость электролита алюминиевой ванны.
Алюминий в ряду напряжения находится среди весьма электроотрицательных металлов. Поэтому при электролитическом получении алюминия приходится в качестве электролита использовать не водные растворы его соединений, а расплав состоящий в основном из криолита и растворенного в нем глинозема.
2.1.1 Состав электролита алюминиевой ванны.
Состав электролита оказывает существенное влияние на технико-экономические показатели работы алюминиевых электролизеров. Изменяя состав, а следовательно, и его физико-химические свойства, возможно при минимальных затратах улучшить показатели работы электролизеров: увеличить производительность, снизить расход электроэнергии и фторсолей.
Главными составляющими компонентами электролита являются глинозем и криолит. Кроме них, в электролите всегда присутствует фтористый алюминий. В качестве добавок к электролиту применяют MgF2, CaF2, MgCl2, NaCl и другие добавки, например LiF. Основное назначение добавок – снижение температуры плавления электролита. 2 – 4% CaF2 присутствует в электролите и в том случае, если его намеренно в ванну не вводят, так как он образуется из примеси окиси кальция, попадающей в электролит с исходными материалами.
Содержание отдельных компонентов в электролите изменяется в следующих пределах: от 80 до 95% Na3AlF6;от 1 – 2% до 8 – 10% Al2О3; от 2 до 6 AlF3; от 2 до 4% CaF2. Содержание добавок в электролите обычно не превышает 8 – 10%.
В технике под криолитом подразумевается не только химическое соединение Na3AlF6, но и его сплавы AlF3 и NaF. Для характеристике состава такого сплава служит криолитовое отношение – молярное отношение NaF:AlF3. Для криолита как химического соединения криолитовое число равно трем. Если же расплав обогащен фтористым алюминием (так называемые кислые электролиты), то оно меньше трех , а если обогащен фтористым натрием (щелочные электролиты), то больше трех.
На заводе переходят на новый состав электролита с пониженным криолитовым отношением и повышенным содержанием фтористого кальция. С этого времени полностью прекратили загрузку в электролизеры фтористого магния и постепенно повышали содержание фтористого кальция от 0,2 до 0,7 кг/т Al и понижали криолитовое отношение электролита. За период с 1995 года по 1998 год содержание фтористого кальция повышено от 3,5 до 4,91%, криолитовое отношение снижено от 2,73 до 2,57. В настоящее время электролизное производство работает на новом составе электролита с содержанием кальция менее 4,91 и криолитовым отношении не более 2,4.
2.1.2 Плавкость электролита алюминиевой ванны
Температура плавления электролита определяет границу существования гомогенной жидкой фазы солевого расплава, поэтому она очень важна для технолога. Естественно, что стремятся работать с возможно более низкими температурами, так как улучшаются условия труда, меньше разрушается аппаратура, с меньшей скоростью протекают побочные вредные процессы, ухудшающие технико-экономические показатели электролиза. Знание температур плавления различных систем помогает выбрать нужные соотношения компонентов электролитов. По форме линии ликвидуса можно предвидеть изменения ряда физико-химических свойств расплавов в зависимости от изменения состава системы. Превращения ниже ликвидуса позволяют судить о строении расплавов, так как последние вблизи точки плавления сохраняют в определенной степени структуру твердого вещества.
Рисунок 2 Диаграмма плавкости системы NaF - AlF3
Диаграммы плавкости системы NaF - AlF3. Система NaF - AlF3 впервые была исследована П.П.Федотьевым и В.П.Ильинским. Чистый NaF имеет температуру плавления 9920С. Чистый AlF3 возгоняется не плавясь при 12600С упругость его паров становится равной атмосферному давлению.
Химическое соединение Na3AlF6 образуется при 25% AlF3, температура плавления равна 10000С. На диаграмме плавкости образованию криолита отвечает резко выраженный максимум (тоска С), что характеризует его как прочное химическое соединение. Криолит NaF образует эвтектику при 8850С. Она состоит из криолита и твердого раствора криолита в NaF. По данным других исследований, область твердых растворов со стороны AlF3 отсутствует и эвтектика имеет состав NaF - Na3AlF6. при добавки к криолиту AlF3 температура плавления смеси понижается по кривой СD. При 37,5% AlF3 образуется другое химическое соединение – хиолит 5NaF∙3 AlF3 с температурой плавления 7250С. Это соединение не прочное и распадается при температуре его плавления на криолит и фтористый алюминий. При 46,5% AlF3 образуется вторая эвтектика с температурой плавления 6850С. С повышением содержания AlF3 в смеси ускоряется его улетучивание из расплава. Поэтому следовать смеси, содержащие более 48,5% AlF3, П. П. Федотьеву и В. П. Ильинскому не удалось.
Дальнейшее исследование системы NaF – AlF3 позволило обнаружить третье химическое соединение NaF∙AlF3 при 50% AlF3 с температурой плавления 7310С и еще одну эвтектику при 56,5% AlF3 с температурой плавления 7040С.
Диаграммы плавкости систем Na3AlF6 – CaF2; Na3AlF6 – MgF2; Na3AlF6 – NaCl.
Диаграмма состояния системы Na3AlF6 – CaF2 приведена на рисунке 3.Криолит с CaF2, как видно на диаграмме, образует эвтектику при отсутствии растворимости в твердом состоянии.
Рисунок 3 Диаграмма плавкости системы Na3AlF6 – CaF2
При добавлении к криолиту фтористого кальция температура плавления смеси, снижается при 10% CaF2, составляет 9980С, то есть примерно на 250С ниже, чем у криолита. Самую низкую температуру плавления (9420С) в данной системе имеет эвтектика, содержащая 47,9% CaF2.
Двойная система Na3AlF6 – MgF2 показана на рисунке 4. Согласно этой диаграмме, добавка MgF2 к криолиту снижает температуру кристаллизации расплавов. Самую низкую температуру кристаллизации (9160С) имеет расплав, содержащий около 20% MgF2, температура кристаллизации расплавов быстро возрастает.
Рисунок 4 Диаграмма плавкости системы Na3AlF6 – MgF2
На рисунке 5 показана диаграмма плавкости системы Na3AlF6 – NaCl. Добавка NaCl к криолиту, как видно на диаграмме, снижает температуру плавления расплавов. Наиболее температуру плавления (7340С) имеет, эвтектика, содержащая 68,5% NaCl.
Рисунок 5 Диаграмма плавкости системы Na3AlF6 – NaCl
2.2 Контроль качества готовой продукции.
Качество является важнейшей характеристикой продукции и формируется на всех этапах ее создания и поэтому предприятие должно организовывать свою деятельность так, чтобы держать под контролем все технические, административные и человеческие факторы, влияющие на качество производимой продукции.
Также необходимо проводить контроль качества готовой продукции. Готовой продукцией являются деформируемые и литейные алюминиевые сплавы в виде мелкой чушки и плоских слитков. Различные алюминиевые сплавы требуют проведения металлографического метода анализа в специальной лаборатории, металлографического и газового анализа. Где испытывают готовую продукцию на соответствие норм и стандартов. Для испытаний применяют методы: макроанализа и микроанализа.
2.2.1 Макроанализ.
С помощью этого метода можно выявить в зависимости от вида сплава (литейные, деформируемые) дефекты, их местонахождение, форму, размер зависящие от условий плавки, разливки и кристаллизации металла.
Макроанализ для литейных сплавов включает в себя: определение размера зерна (по требованию потребителя); наличие и размер газовой пористости, раковин, трещин, шлаков инородных включений, оксидных плен.
Макроанализ для деформируемых сплавов определяет: наличие и размер газовой пористости, раковин, оксидных плен; размер зерен, однородность структуры.
Газовую пористость определяют путем сравнения макроструктуры испытуемых образцов с эталонной шкалой или непосредственным измерением размеров пор (с использованием микроскопа с увеличением до 30 крат).
2.2.1.1 Подготовка образцов к анализу. Для анализа из изделия (слитков) вырезают образцы (пробы) в направлении, перпендикулярном продольной оси - темплеты. Темплеты вырезки с сопроводительным документом ОТК поступают в лабораторию металлографического и газового анализа. Механически обрабатываются на вертикальном обрабатывающем центре V - CNC. Контролируемую поверхность темплетов торцуют и шлифуют. Готовая поверхность должна быть гладкой, ровной, без наклепа и прижога. Затем темплеты травят специальными реактивами до выявления строения и дефектов макроструктуры.
Поверхность темплетов, обработанных с эмульсией, перед травлением очищают спиртом. Подготовленные темплеты (макрошлифы) подвергают общему химическому травлению в водном растворе гидроокиси натрия NaOH с массовой концентрацией 200 г/дм3 в течение 10-15 минут при комнатной температуре не ниже 15° С для выявления внутренних дефектов. При травлении к каждому шлифу должен быть свободный доступ реактива. Поверхность шлифа должна быть полностью покрыта реактивом. После травления в гидроокиси натрия поверхность шлифа тщательно промывают в проточной воде и осветляют раствором азотной кислоты с массовой концентрацией 250 г/дм3 до удаления темного налета с последующей промывкой в проточной воде и высушивают с помощью фильтровальной бумаги. Травление должно обеспечить отчетливое выявление макроструктуры. Если структура выявилась недостаточно, травление повторяется. В случае перетравливания или наличии грубых следов торцовки, шлифы подвергаются повторной торцовке и повторному травлению. Перед началом и в процессе травления контролируют концентрацию растворов гидроокиси натрия и азотной кислоты. Плотность растворов должна соответствовать: гидроокиси натрия от 1,109 до 1,219 г/см3, азотной кислоты от 1,147 до 1,247 г/см3. Для выявления зеренной структуры макрошлифов проводят травление реактивом ВАМИ (CuSO,}, HNO3, НС1). При травлении реактивом ВАМИ (шлиф предварительно протравлен в гидроокиси натрия, как описано выше) поверхность макрошлифа натирается хлопчатобумажной салфеткой, смоченной реактивом, до выявления зеренной структуры. После травления поверхность шлифа промывают в проточной воде. Если с поверхности макрошлифа не смывается темный осадок, то его опускают на несколько секунд в гидроокись натрия, промывают и осветляют в растворе азотной кислоты с последующей промывкой в проточной воде.
2.2.1.2 Оценка макроструктуры. В макроанализе определение величины зерна проводится методом сравнения контролируемого образца с эталонными шкалами, на которых по зонам указан размер зерна. Определение величины зерна проводят визуально путем сравнения контролируемой структуры со шкалой зернистости (шкалы, вырезанные из макрошлифов на которых по зонам указаны определенный размер зерна) либо по фотографии этих шкал. При сравнении поверхности шлифа и шкалы не должны визуально отличаться, тогда шлиф имеет размер зерна соответствующий размеру указанному на шкале.
Газовую пористость темплетов определяют на трех квадратах площадью 1 см2 каждый, а затем сравнивают макроструктуры испытываемых образцов с эталонной шкалой (ГОСТ 1583-93) или непосредственным измерением размеров пор (с использованием микроскопа с увеличением до 30 крат). По результатам испытаний присваивается балл пористости от 1 до 5 в зависимости от размеров дефекта.
Основная причина газовой пористости в отливках из алюминия - попадание водорода в расплав в результате адсорбции, диффузии, растворении газов в сплавах. Расплавленный металл вступает в химическую реакцию с водяным паром в результате образуются оксиды, водород. Водород адсорбируется поверхностью расплава и растворяется в нем.
Наводораживание алюминия происходит по реакции:
ЗН2О + 2А1 = А12О3+6Н (1)
Реакция сильно сдвинута вправо, поэтому практически весь водород переходит в металл.
Также выявляют раковины, трещины, включения, их расположение, при помощи микроскопа с нанесенной на окуляр линейкой определяют линейные размеры.
Результаты оценки (размер зерен, выявленные дефекты: газовая пористость, усадочные раковины, трещины, шлаковые включения, инородные включения, оксидная пленка) оформляются записью в журнале регистрации испытаний и протоколе ОТК.
2.2.2 Микроанализ
Микроструктура сплавов характеризуется числом, размерами, формой, взаимным расположением и количественным размером фаз и структурных составляющих.
Большинство способов выявления микроструктуры сводится к выявлению границ раздела между фазами, к получению рельефа на поверхности зерен и окрашиванию фаз или структурных составляющих (колоний). При этом удается выявить качественное различие фаз, двойниковые образования, блочную структуру и ориентировку зерна относительно плоскости шлифа и взаимную ориентировку зерен. При микроисследовании могут также быть выявлены дефекты, образование которых определяется микроструктурой образца. Микроанализ для литейных сплавов включает в себя: определение структуры; наличия и месторасположения фазовых составляющих; наличия и размеров оксидных плен, пор; размер дендритной ячейки.
Макроанализ для деформируемых сплавов определяет: наличие и размер газовой пористости, оксидных плен; размер зерен; структуру фазовых составляющих.
Основные способы выявления микроструктуры:
Химическое травление
Электрохимическое травление
Тепловое травление
При нагреве с применением реагентов или в вакууме
Травление в солях при повышенных температурах
Катодное травление в вакууме под воздействием тока высокого напряжения
По различию магнитных и немагнитных фаз
По изменению объема при вторичных превращениях
2.2.2.1 Подготовка образцов к анализу. Вырезают три образца (микрошлифа) из темплета одной плавки с учетом неоднородности структуры.
Рисунок 6 Выбор места вырезки образцов
Микрошлиф - образец для металлографического контроля.
Для исследования микрошлифов под микроскопом изготавливаются образцы квадратного сечения с размерами не более 18*18 мм, высотой 15-20 мм.
Образцы вырезают на линейной отрезной машине MSX-250. Для удобства полирования образцы запрессовывают в термоусадочный порошок (бакелит) на заливочном прессе PR-4X фирмы LECO.
2.2.2.2 Подготовка образцов к механическому полированию. Перед запрессовкой убирают заусенцы, притупляют острые кромки образца. Для запрессовки образец с порошком нагревается до 166°С, выдерживается 15 мин. под давлением 290 кг/см2. Подготовленные таким образом образцы маркируются с помощью электрогравера. На каждом образце указывается номер, зона вырезки, марка сплава. Затем образцы устанавливаются в держатель образцов на выравнивателе и фиксируются с помощью прижимных винтов.
2.2.2.3 Шлифование образцов. Шлифование образцов осуществляется механическим способом на установке шлифовки и полировки SS-2000 фирмы LECO в автоматическом режиме. Держатель с образцами закрепляется в шпинделе блока дополнительной головки, а на планшайбу базового блока устанавливается полировальный диск на который наклеивается абразивный материал. Шлифовку проводят на шлифовальной бумаге разной зернистости с постепенным переходом от более грубого к более тонкому зерну. Для каждого шага шлифовки в программе устанавливается время, давление, скорость вращения держателя и диска с абразивом. В процессе шлифования обильно подается вода в зону соприкосновения образцов с поверхностью шлифовального диска с целью удаления продуктов шлифовки. После каждой стадии образцы тщательно промывают проточной водой для удаления частиц абразива.
2.2.2.4. Полирование образцов. Проводится в три этапа на установке шлифовки и полировки SS-2000 фирмы LECO. Для полирования используют полировальные ткани с нанесением алмазной суспензии (эмульсии, пасты, спрея) с различной величиной абразивных частиц (от 9 мкм до 0,05 мкм). Каждому виду полировальной ткани соответствует алмазная суспензия (от 9 мкм до 0,05 мкм). Подача воды производится непрерывно. Полирование считается законченным, если с поверхности образца удалена вся грязь и риски, а поверхность зеркальная и имеет минимальную рельефность. Для литейных сплавов механической шлифовки и полировки достаточно для выявления микроструктуры. Для деформируемых сплавов поверхность шлифа покрывают слоем анизотропной пленки, позволяющим лучше выявить структуру, зеренную структуру (для определения величины зерна). Для этого используют установку электролитического полирования Lectropol-5 фирмы Struers, с соответствующей программой (время, температура, напряжение) и электролитом, поверхность микрошлифов литейных сплавов подвергают травлению 0,5% раствором плавиковой кислоты.
2.2.2.5. Оценка микроструктуры. По выявленной зеренной структуре определяют наличие веерной структуры, столбчатых и укрупненных кристаллов, оценивается однородность микроструктуры, определяется величина зерна.
Величину зерна определяют:
Этими методами определяют величину зерна отлитых и прокатно - тянутых полуфабрикатов из цветных металлов и однофазных сплавов, многофазных сплавов с содержанием основной фазы не менее 90%. Эти методы нельзя применять для определения величины зерна металлов и сплавов сильнодеформируемых состояний, в которых в металлах плохо видны границы зерен. Равномерность величины зерна - характеристика количества и размеров зерен, величина которых отличается от средней величины зерна. Контроль достоверности результатов испытаний макрошлифов осуществляют методом сравнения с результатами испытания микрошлифов полученных из макрошлифов. Для этого из темплета, подвергаемого контролю вырезают не менее трех образцов из различных зон макрошлифа. Полученные образцы запрессовывают в бакелит и приготавливают микрошлифы методом механического полирования. После нанесения оксидной (анизотропной) пленки на поверхность микрошлифа (если это образец деформируемого сплава), проводят определение средней величины зерна с помощью метода длины отрезка на микроскопе EPIPHOT 200 с помощью автоматической системы анализа изображения IA-32 фирмы LECO.
При оценке микроструктуры литейных сплавов определяют: распределение различных фаз и их объемную долю, наличие микротрещин, оксидных включений, пор кристаллизационного происхождения, частиц нерастворенного Si, включений интерметаллидов. Для определения величины зерна методом подсчета зерен применяют контрольную площадь подсчета.
Контрольная площадь подсчета - площадь, ограниченная кругом, квадратом, прямоугольником, предназначенная для определения величины зерна методом подсчета зерен. Определяют величину зерна, подсчитывая количество зерен целиком находящихся внутри контрольной площади подсчета и количество рассекаемых контуром контрольной площади подсчета, исключая зерна находящиеся в углах контрольной площади подсчета в виде квадрата или прямоугольника. Измерение проводят на матовом стекле микроскопа, на микрофотографии или непосредственно в окуляре микроскопа, если он снабжен изображением контура контрольной площади подсчета. Для определения величины зерна методом сравнения со шкалой микроструктур используются шкалы, выбор которых определяется наибольшим сходством микроструктуры контролируемого образца и шкалы. Измерение проводят сравнением изображения в окуляре микроскопа на матовом стекле или на микрофотографии. При наличии в структуре образца двух и более размеров образующих скопления, определяют размер зерен и их долю по площади, занимаемой каждым размером зерна. Результатом служит номер микроструктуры соответствующий величине зерна.
2.3 Безопасность труда в ЦЗЛ
Создание здоровых и безопасных условий труда, его облегчение, является главной задачей руководства завода. Вопросы охраны труда, охватывают ряд правовых, организационных и технических задач. Все они направлены на улучшение технико-экономические показатели алюминиевой промышленности, значительно облегчить и обезопасить труд рабочих, что способствует значительному снижению производственному травматизму и профзаболеваниям. Также большое внимание уделяют мерам пожарной безопасности. Так как в алюминиевом производстве основные технологические процессы сопровождаются горячими расплавами электролита, алюминия и сплавов на его основе. По мимо этого на заводе много различного оборудования работающего на повышенном напряжении. Хранятся и используются горюче-смазочные материалы.
2.3.1 Основные опасные и вредные производственные факторы
В соответствии со спецификой технологии на каждом производственном участке, на рабочего каждой профессии воздействуют те или иные опасные и вредные производственные факторы.
Основными опасными факторами являются:
К вредным производственным факторам при производстве алюминия относятся наличие в воздухе рабочей зоны: фтористого водорода, окиси углерода, сернистого ангидрида, возгонов смолистых веществ, аэрозолей фтористых солей, глинозема, пыли углерода а также тепловыделения от оборудования и расплавов, физические перегрузки, создаваемые при работе шумы и вибрация.
Требования по проведению инструктажей и организация обучения
Каждый вновь принятый на завод (посещающий завод) обязан:
Все виды инструктажей оформляются под подпись работающего и лица, проводившего инструктаж.
Требования безопасности при передвижении на территории и в производственных помещениях.
Пешеход на территории завода обязан:
Работник обязан:
2.3.2 Требования охраны труда во время работы.
1 Лаборант-металлограф обязан выполнять только ту работу, которая поручена руководителем.
2 При выполнении работ на электротехническом оборудовании:
3 Соблюдать требования безопасности в соответствии с руководствами по эксплуатации на все виды электротехнического оборудования.
Таблица 5 – Требования в аварийных ситуациях
|
Перечень аварийных ситуаций |
Мероприятия по их устранению |
|
Отключение электроэнергии в лаборатории |
Отключить электрооборудование. Сообщить непосредственному руководителю или начальнику цеха по тел.45-41. В выходные дни сообщить диспетчеру завода по тел. 31-63. |
|
Отключение освещения в лаборатории |
Отключить электрооборудование. Сообщить непосредственному руководителю или начальнику цеха по тел.45-41. В выходные дни сообщить диспетчеру завода по тел. 31-63. |
|
Нарушение режима работы оборудования |
Отключить оборудование от сети. Сообщить непосредственному руководителю. В выходные дни вызвать специалистов ОП ООО "ИТ-Сервис" через диспетчера завода по тел. 31 -63. |
|
Возгорание электрооборудования |
Предупредить окриком об опасности. Отключить оборудование от сети. Сообщить в пожарную часть по тел. 31-11; 40-00; 01. Устранить загорание с помощью углекислотного огнетушителя или песка. Сообщить непосредственному руководителю или начальнику цеха по тел.45-41. В выходные дни сообщить диспетчеру завода по тел. 31-63. Приступить к ликвидации последствий аварии |
Требования охраны труда по окончанию работы
2.3.3 Предназначение и применение средств коллективной защиты
Средства коллективной защиты выполняют ту же функцию, что и СИЗ и являются неотъемлемой частью сооружений и оборудования. К средствам коллективной защиты относится световая и звуковая сигнализации, системы освещения, аспирации и вентиляции, системы изоляции, компенсаторы и заземления, предохранительная аппаратура (приборы безопасности), перильные и леерные ограждения, буферные устройства.
Запрещается выполнение работ при неисправных или отсутствующих средствах коллективной защиты. О каждой неисправности или отсутствии средств коллективной защиты рабочий обязан немедленно сообщить непосредственному руководителю и до устранения неисправности к работе на данном участке без его разрешения не приступать.
2.3.4 Меры пожарной безопасности ЦЗЛ
Общие требования пожарной безопасности в зданиях лабораторий ЦЗЛ обязательна для исполнения всем персоналом лабораторий, прибывшими на производственное обучение или практику учащимися и студентами, временными работниками и работниками сторонних организаций, выполняющих по договору подряда.
Каждый вновь принятый на предприятие работник, а также учащиеся и студенты, прибывшие на производственное обучение или практику, обязаны пройти вводный инструктаж по пожарной безопасности, первичный инструктаж по пожарной безопасности на рабочем месте по «Инструкции о мерах пожарной безопасности ИПБ Х° 2-2002», «Инструкции о мерах пожарной безопасности ЦЗЛ». Отметка о прохождении первичного инструктажа делается должностным лицом, проводившим инструктаж, в личной карточке рабочего либо в «Журнале учета инструктажей по пожарной безопасности» при проведении инструктажа с ИТР.
Работники ЦЗЛ ОАО КрАЗ должны не реже одного раза в шесть месяцев пройти повторный инструктаж по пожарной безопасности с записью в личную карточку либо в «Журнал учета инструктажей по пожарной безопасности».
Работники ЦЗЛ должны быть ознакомлены с «Планом эвакуации людей в случае пожара» из помещений лаборатории.
Территории лабораторий должны быть очищены от отходов производства, мусора, тары, опавших листьев. Траву следует скашивать до ее высыхания. Затем траву и листья необходимо собирать в мешки и вывозить. Проезды и подъезды к зданиям лабораторий должны быть свободными. На газовой станции запрещается пользоваться открытым огнем. Подход к «ПГ 9» должен быть свободным. Курение на территории и в помещениях лаборатории разрешается только в специально отведенных и оборудованных местах. Места для курения должны быть оборудованы урнами из негорючих материалов с водой, огнетушителями и обозначены табличками «Место для курения».
На дверях помещений лаборатории должна быть табличка с указанием категории взрывопожарной и пожарной опасности, класс зоны по Правилам устройства электроустановок (ПУЭ), фамилия ответственного за противопожарное состояние. Противопожарные системы : пожарные краны, ящики с песком, огнетушители, противопожарная сигнализация должны быть в исправном состоянии. Все производственные, служебные, складские, вспомогательные помещения должны содержаться в чистоте. Коридоры, тамбуры, лестничные пролеты должны быть свободными. Двери эвакуационных выходов должны свободно открываться изнутри. Чердачные помещения должны быть закрыты на замок, на дверях должна быть информация о месте хранения ключа. Деревянные конструкции должны быть обработаны огнезащитным составом. Состояние огнезащитной обработки проверяется не реже двух раз в год. В случае потери огнезащитных свойств обработка проводится повторно.
Электрические сети и электрооборудование должны отвечать требованиям нормативных документов по пожарной безопасности, «Правилам устройства электроустановок (ПУЭ)», «Правилам технической эксплуатации потребителей ПЭЭП», «Межотраслевым правилам по охране труда (правилам безопасности) при эксплуатации электроустановок». Все электрооборудование должно быть занулено и заземлено.
При эксплуатации электрооборудования запрещается:
Эксплуатация технологического оборудования должна производиться в соответствии с нормативно-технической и технологической документацией. Технологическое оборудование должно соответствовать проектной документации, его работа и нагрузки должны отвечать требованиям паспортных данных и технологического регламента. Запрещается выполнять производственные операции на оборудовании с неисправностями, могущими привести к возгоранию и пожарам. Оборудование должно очищаться от пыли два раза в месяц. Не допускается применение в производственных процессах материалов и веществ с неисследованными показателями их пожаро-взрывоопасности, а также не допускается их хранение совместно с другими материалами и веществами.
5) Требования к баллонам с сжатыми газами
Эксплуатация баллонов с сжатыми газами должна производиться в соответствии с ИОТ № 8-2003 «Инструкцией по охране труда для персонала, эксплуатирующего баллоны с растворенными, сжатыми и сжиженными газами». Баллоны должны храниться в специально оборудованных складах, должны быть защищены от попадания солнечных лучей. Допускается хранение баллонов в помещении лаборатории в металлических запирающихся шкафах, при этом шкафы должны быть на расстоянии не менее 1 м от радиаторов отопления, печей. Открывать вентиль баллона необходимо плавно, при этом находиться в стороне от струи газа. Запрещается касаться вентилей баллонов руками и тряпками, загрязненными маслом.
6) Требования к химическим реактивам
Химические реактивы следует хранить в плотно закрывающихся химических банках, на этикетке должно быть написано название, концентрация, срок годности, характеристика огнеопасности. Работу с легковоспламеняющимися жидкостями (ЛВЖ) (ацетон, толуол, бензол, этиловый спирт, масло) необходимо выполнять стоя, не оставлять без присмотра рабочее место. Пробы масел трансформаторных и ЛВЖ следует хранить в металлических шкафах. После анализа масел трансформаторных обтирочные материалы, отработанные пробы масел и ЛВЖ следует собрать в специальную закрытую тару с надписью «Слив» и вывезти из лаборатории для дальнейшей утилизации. Запрещается сливать ЛВЖ в канализацию. В случае пролива ЛВЖ необходимо выключить электронагревательные приборы, посыпать песком разлившуюся жидкость, затем собрать песок и вынести из лаборатории в мусорные контейнеры.
7) Первичные средства пожаротушения
Первичные средства пожаротушения предназначены для ликвидации пожаров на начальной стадии их развития. Ящик с песком должен быть установлен в местах, где возможен разлив ЛВЖ, должен иметь объем не менее 0,5м3 и должен быть укомплектован совком. Тушение песком должно производиться путем разбрасывания его на горящую поверхность. Один раз в квартал необходимо перемешивать песок и удалять из него комки. Огнетушители должны располагаться на видных местах вблизи от выходов из помещений на высоте не более 1,5м. Огнетушители один раз в год должны проходить техническое обслуживание на зарядной станции пожарной части ОАО КрАЗ и иметь пломбу, бирку с указанием «Даты проведения ТО», «Даты очередного ТО».
Огнетушитель углекислотный ОУ-5 предназначен для тушения загораний различных веществ и материалов, а также электроустановок, находящихся под напряжением до 1000 В. Огнетушащее вещество - сжиженный оксид углерод СО2, находящийся под давлением. При выходе из огнетушителя СО2 резко понижает температуру и уменьшает содержание кислорода в зоне горения. На поверхности раструба температура понижается до минус 60-70°С, поэтому работать надо в рукавицах.
Для приведения в действие ОУ-5 необходимо:
поднести ОУ-5 к месту пожара ;
направить раструб на место горения и зафиксировать его ;
выдернуть за кольцо чеку;
сжать рычаг (запорно-пусковое устройство), выходящую струю углекислоты направить в очаг пожара. При тушении рычаг огнетушителя должен находиться в верхнем положении. При тушении пожаров на электроустановках, находящихся под напряжением, не допускается.
3 Организационно – экономическая часть
Данный курсовой проект был рассчитан электролизный цеха, состоящий из трех серий. По расчетам в проектируемом цехе пятьсот сорок шесть электролизеров с верхним токоподводом с самообжигающимся анодом. Тогда в каждой серии разместится по сто восемьдесят два электролизёра. Всего в таком цехе действующих электролизёров будет пятьсот сорок три, а среднее число электролизёров находящихся в ремонте будет три.
При силе тока 174 кА и выходу по току 88,57 % выход алюминия - сырца на одну ванну в сутки будет составлять 1,239 тонн в сутки. А в трех сериях за год выпуск алюминия- сырца будет составлять 245575,27 тонн. Среднее напряжение на один электролизёр с верхним токоподводом будет составлять 4,495 В. Удельный расход электроэнергии, составит 15385 кВт*ч /(т).
В рассчитываемом электролизёре наблюдаются некоторые отличия от электролизёра типа С8БМ. Увеличилось количество штырей прикреплённых к анодной раме с 72 до 84. Увеличилось количество подовых блоков с 15 до 19.
Увеличилась длина анода на 99 см. Также на 99 см увеличился катодный кожух.
3.1 Расчет производственной программы
На основании расчётных данных производственная часть приведена в таблице.
Таблица 4 – План производства алюминия-сырца на силу тока 168 кА.
|
Показатели |
Формула |
Цифровые значения |
|
Число установленных ванн, шт |
NУ |
540 |
|
Число ванн, подлежащих капетальному ремонту, шт |
135 |
|
|
Длительность простоя одной ванны на капитальном ремонте, дни |
t |
8 |
|
Длительность планового периода, дни |
T |
365 |
|
Среднего число ванн в ремонте, шт |
3 |
|
|
Среднее число действующих ванн, шт, |
N = NУ - Nр |
537 |
|
Сила тока, кА |
I |
168000 |
|
Выход по току, % |
η |
87,7 |
|
Выход на ванну в сутки, т / сут |
m |
1,185 |
|
Среднее напряжение, В |
Uср |
4,486 |
|
Удельный расход электроэнергии, кВт *ч / т |
15269,20 |
|
|
Количество алюминия сырца, тонн |
M = N*m*T |
232183,89 |
Список использованных источников
1. Троицкий И.А. Железнов В.А. 2-е издание, дополненное и переработанное Металлургия алюминия. М.: Металлургия – 1984 .
2. Минцис М.Я., Поляков П.В. Электрометаллургия алюминия. – Новосибирск: Наука, 2001
3. Сушков А.И., Троицкий И. А. Металлургия алюминия. – М.: Металлургия – 1965.
4. Янко Э.А. Производство алюминия в элекрализерах с верхним токоподводом. – М.: Металлургия – 1976.
5. Деев П.З. техника безопасности в производстве алюминия. – М.: - Металлургия – 1978.
6. Инструкция по охране труда для работающих в подразделениях ОАО «КрАЗ», ИОТ №1-04, ОАО «КрАЗ», 2004.
7. Инструкция о мерах пожарной безопасности ЦЗЛ.
8. Технико-экономический вестник “Русского алюминия”, №12, сентябрь 1998
9. Сборник нормативных документов по ОТ и ТБ ОАО КрАЗ