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
Содержание
Введение …………………………………….…………………………………..2
1 Расчётная часть……………………………………………………………..3
1.1 Материальный баланс……………………….……………………………….…3
1.1.1 Производительность электролизера………………………………..4
1.1.2 Расчёт прихода сырья в электролизёр.....…………………………………4
1.1.3 Расчёт продуктов электролиза..……………...……………………………5
1.1.4 Расчёт потерь сырья…………………………..……………………………6
1.2 Конструктивный расчет………………………………………………………...6
1.2.1 Анодное устройство электролизера….………….………………………..8
1.2.2 Расчёт катодного устройства…………………………………………...…9
1.2.3 Размеры катодного кожуха ……………………...…………………...….10
1.3 Электрический баланс электролизёра……………………..……….………....11
1.3.1 Падение напряжения в анодном устройстве…………..……...………...11
1.3.2 Падение напряжения в подине….…………………….….………………..15
1.4.2 Расход тепла………………….………………………………...……...…..17
1.5 Расчёт цеха…………………………………………………….…...……..…17
2 Описательная часть……………………….………………………………20
2.1 Параметры и показатели процесса электролиза ...……………………20
2.1.1Основные параметры электролизеров ..….......……………………....20
2.1.2 Технология обслуживания электролиэеров…………………………....21
2.2 Монтаж катодного устройства и срок его службы………………………..…23
2.2.1 Срок службы катодного устройства………………………………………24
2.2.2 Монтаж катодного устройства…………………….………………………..26
2.3 Охрана труда при производстве алюминия …………………………………29
2.3.1 Санитарно-гигиеническая характеристика условий труда…………...29
2.3.2 Общие требования безопасности…………………………….....31
3.Организационно – экономическая часть……...………………………..37
3.1 Расчет производственной программы…………………………………..……38
Список использованных источников……………………………………39
Алюминий химический элемент III группы Периодической системы элементов Д.И. Менделеева. Вследствие высокой химической активности алюминий в природе находится только в связанном виде. По содержанию в земной коре он занимает первое место среди металлов – 8,13 % и третье место после кислорода и кремния. По данным академика А.Е. Ферсмана, насчитывается более 250 минералов алюминия, которые преимущественно сосредоточены вблизи поверхности земли, и более 40 % из них относится к алюмосиликатам. Алюминий представляет собой серебристо-белый металл с синеватым оттенком. Уникальное сочетание свойств алюминия малая плотность, высокая тепло-электропроводность, коррозионная стойкость, хорошая механическая прочность в сочетании с высокой пластичностью обеспечили широкое применение, как чистого металла, так и сплавов на его основе.
Первые неудачные попытки выделения алюминия в свободном виде были предприняты английским химиком Гемфри Деви в 1810 г. Впервые металлический алюминий выделил в 1825 г. датский физик Ганс Кристиан Эрстед, а уже в 1854 г. француз Анри Сент-Клэр Девиль, используя работы Эрстеда и Фридриха Вёлера, начал его коммерческое производство. По способу русского ученого Н.Н Бекетова в г. Гмелингеме (Германия) в 1885 г. построен завод, где за пять лет произведено 58 т. алюминия – более четверти всего мирового производства алюминия, полученного химическим путем за период с 1854 по 1890 г.
Производство алюминия химическим способом не могло обеспечить промышленность дешевым и достаточно чистым металлом. Положение коренным образом изменилось после организации промышленного производства электроэнергии и передачи ее на дальние расстояния.
История многотоннажного промышленного производства алюминия начинается с 1886 г., когда Поль Эру (Франция) и Чарльз Холл (США) почти одновременно предложили получать алюминий электролизом глинозема в расплавленном криолите. С этого времени новый способ производства алюминия начал широко развиваться, чему способствовали совершенствование технологии получения алюминия и прогресс в электроэнергетике. Производство алюминия методом электролиза криолитоглиноземного расплава впервые было организованно Ч. Холлом в г.Кенсингтоне близ Питтсбурга (США) в ноябре 1888г. В небольшой мастерской было основано Металлургическое общество (Society Electrometfllurgique), которое приобрело патент П. Эру. Вскоре начал работать небольшой завод Фрож в департаменте Изер, а в 1893 г. под руководством П. Эру пущен большой завод в Ла Прав Савойя
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=176,5 кА
- анодная плотность тока dа = 0,65 А/см2
- выход по току =88,3 %
Расход сырья N кг на получение 1 кг алюминия принимаем по практическим данным:
- глинозем, NГ = 1,927 кг
- фтористый алюминий, NФа = 0,036 кг
- фтористый кальций, NCа = 0,0014 кг
- анодная масса, NМ = 0,537 кг
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 * 176,5 * 0,883 = 52,2 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 = 52,2 * 1,927 = 100,59 кг
- фтористых солей (А1F3,СаF2 ) RФ, кг
RФ = PAl * (NФа+ NCa) (3)
RФ = 52,2 * ( 0,036 + 0,0014) = 1,95 кг
- анодной массы Rм, кг
Rм = PAl * Nоа (4)
Rм = 52,2 * 0,537 = 28,03 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 = 34,8 + 13,05 = 47,85 кг
Pco = m0co + mcco (11)
Pco = 11,6 + 8,7 = 20,3 кг
Всего образуется анодных газов Ргаз, кг:
Ргаз = Pco2 + Pco (12)
Ргаз = 47,85 + 20,3 = 68,15 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 = 52,2 * (1,927 – 1,89 ) = 1,931 кг
Потери углерода Rуг, кг находят по разности прихода анодной массы Rм и расхода углерода, связанного в окислы:
Rуг = Rм - (mcco2 + mcco) (14)
Rуг = 28,03 – ( 13,05 + 8,7) = 6,28 кг
Приход фторсолей в электролизёр принимаем равным расходу.
Данные расчета материального баланса приведены в таблице 1.
Таблица 1 – Материальный баланс на силу тока 176,5 кА
|
Приход |
кг |
% |
Расход |
кг |
% |
|
Глинозем |
100,59 |
77,04 |
Алюминий |
52,2 |
40 |
|
СО2 |
47,85 |
36,664 |
|||
|
СО |
20,3 |
15,554 |
|||
|
Анодная масса |
28,03 |
21,47 |
Потери: |
||
|
Глинозем |
1,931 |
1,48 |
|||
|
Фтористые соли |
1,95 |
1,494 |
|||
|
Фтористые соли |
1,95 |
1,49 |
Анодная масса |
6,28* |
4,812 |
|
ИТОГО: |
130,57 |
100 |
ИТОГО: |
130,51 |
100 |
* - с учетом газов коксования и механических потерь.
1.2 Конструктивный расчет
В задачу конструктивного расчета входит определение основных размеров электролизера.
1.2.1 Расчет анодного устройства электролизера
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 = 952,77 + 2 * 50 = 1052,77 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 34 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 =1052,77 + 2 (20 + 3,5) = 1100
Ширина катодного кожуха Вк, см:
где: Вщ - ширина шахты, см;
5 – толщина теплоизоляционной засыпки в продольных сторонах электролизёра, см.
Вк = 412 + 2 (20+5) = 439
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 |
0,588 |
0,588 |
0,588 |
|
UП |
0,307 |
0,307 |
0,307 |
|
UЭЛ |
1,765 |
1,765 |
1,765 |
|
UАЭ |
0,030 |
-- |
0,030 |
|
UО |
0,300 |
0,300 |
0,300 |
|
UОО |
0,016 |
-- |
-- |
|
Итого: |
4,506 |
4,46 |
4,49 |
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 * 176,5 * 4,49 * 1 = 2852946 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 =1,0857∙394070+0,725∙110616=508038,4 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 =0,72537777,575 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 |
2852946 |
84,88 |
На разложение глинозёма |
1652536 |
49,168 |
|
С вылитым металлом |
72221,508 |
2,149 |
|||
|
От сгорания угольного анода |
508038,4 |
15,12 |
С отходящими газами |
37777,575 |
1,124 |
|
Конструктивными элементами и с поверхности электролизёра |
1598449,4 |
47,559 |
|||
|
ИТОГО |
3360984,4 |
100 |
ИТОГО |
3360984,4 |
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 = 179 + 1 = 180
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 = 180 * 3 = 540
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 * 176,5* 0,877 * 8760 * 179 * 10-3 = 81310,428 т
Годовая производительность цеха Рц, т будет:
Рц = Рс * n (55)
Рц = 81310,428 * 3 = 243931,284 т
Удельный расход электроэнергии W, кВт*ч/т рассчитывается по следующей формуле:
(56)
кВт/ч
Выход по энергии
(57)
г/кВт*ч
2 Описательная часть
2.1 Параметры и показатели процесса электролиза
2.1.1 Измерение основных параметров электролизеров
Величины, характеризующие те или иные особенности конструкции электролизера и технологического процесса, называют параметрами, которые подразделяются на геометрические (длина, ширина, площадь, объем), электрические (напряжение, сила тока, мощность, электрическое сопротивление), магнитные (индукция магнитного поля, электромагнитная сила), тепловые (температура, теплопроводность, теплоемкость) и пр. Значения этих параметров позволяют оценить те или иные особенности работы электролизера, а для их измерения используют различные методы, приборы и приспособления.
Величины, характеризующие результаты работы электролизера — производительность, выход по току, расход сырья, электроэнергии, трудозатраты, называют показателями. Как правило, они не могут быть замерены непосредственно и их вычисляют по известным зависимостям, зачастую используя для этого значения измеренных параметров.
Работа электролизера характеризуется высокой температурой, агрессивным электролитом, в котором растворяется большинство металлов, большой силой тока и значительным магнитным полем. Рассмотрим методы измерения основных параметров электролизера.
Технологические параметры анода: расстояние от конца штыря до подошвы анода ВТ, от газосборного колокола до электролита, скорость сгорания анода, погружение анода в электролит — заметно влияют на технологические и технико-экономические показатели работы ванны. Измерением этих параметров занимается специальное подразделение завода, используя для этого методы, приборы и приспособления.
Электрические параметры: напряжение на серии, сила тока, потребляемая энергия — измеряют на преобразовательной подстанции (КПП). Напряжение на электролизере измеряют вольтметром, подключенным параллельно ванне. К сожалению, даже на однотипных ваннах точки подключения вольтметра выбирают исходя из местных особенностей, по этой причине напряжение, показываемое вольтметром, может различаться на ±50—70 мВ. Особенно большие ошибки в измерение напряжения вносит перестановка штырей на электролизерах ВТ. В этой связи точки подключения вольтметра полезно устанавливать для каждого типа электролизеров.
Технологические параметры катодного устройства: уровни металла и электролита — практически ежедневно измеряют ломом и линейкой. Межполюсное расстояние (МПР), температуру электролита, перепад напряжения в подине измеряет по графику группа независимых замерщиков. Состав электролита и сортность металла определяют в лаборатории.
Наблюдение за технологическим процессом. Технологический персонал корпусов в течение смены должен наблюдать за работой каждого электролизера, уделяя особое внимание:
• внешнему виду электролизера: герметичности корки электролита и заделке ее провалов, состоянию "огней" и их цвету, состоянию горелок и герметизации газосборного колокола, отсутствию перегрева отдельных шин и токоведущих частей, наличию угольной пены и науглероженности электролита;
• контролю и регулированию рабочего напряжения, величине междуполюсного расстояния (МПР), уровню металла и электролита, составу электролита, наличию гарниссажа и осадка на подине;
• контролю над анодным хозяйством: состоянию анодных блоков и их укрытию глиноземом, отсутствию покраснения ниппелей и контактных зажимов, состоянию поверхности СОА, отсутствию перегревов на их поверхности, состоянию штырей, спусков и контактов.
При обнаружении расстройства технологического режима электролизера необходимо совместно с мастером и при необходимости с руководителем корпуса выявить причины, вызвавшие расстройство, принять меры по их устранению и нормализации хода электролизера. Наиболее характерные расстройства, возникающие в работе ванн, рассмотрены далее.
Контроль и поддержание технологических параметров. Энергетические и технологические параметры работы электролизеров регламентируются заводскими технологическими инструкциями (ТИ) для каждого типа электролизеров. Пересмотр и корректировку ТИ осуществляют периодически при изменении конструкции электролизеров и внедрении новых технологических приемов по их обслуживанию. Технологическая инструкция — основной документ, регламентирующий порядок обслуживания электролизера.
Основными технологическими параметрами являются: сила тока, рабочее напряжение, уровни металла и электролита, криолитовое отношение, температура и содержание добавок в электролите, методы и периодичность обработки электролизера, падение напряжения в подине, частота и длительность анодных эффектов, порядок выливки металла, а также параметры анодного устройства.
2.1.2 Технология обслуживания электролизеров
Рассмотрим некоторые параметры работы электролизера:
- Уровень электролита — один из основных технологических параметров, влияющих на стабильность процесса. Снижение уровня электролита ниже допустимого предела приводит к недостатку его объема для растворения глинозема и, как следствие, к образованию осадков на подине, увеличению частоты "вспышек", а на электролизерах OA — к неравномерности распределения тока по анодам. Завышение уровня электролита вызывает разрушение секций газосборного колокола, перегрев анода, подплавление ниппелей на анодных блоках, частичное растворение фланцевых листов, ухудшение сортности металла и в конечном счете прорыв электролита. Стабильность уровня электролита обеспечивают поддержанием параметров процесса и температуры электролита в заданных пределах, систематической очисткой подин от осадков и своевременной добавкой сырья (криолита, фторидов, оборотного электролита и пр.).
Важнейшим параметром процесса электролиза алюминия является температура электролита.
На электролизер глинозем доставляют двумя способами: в специализированной таре на различных транспортных средствах и с помощью автоматизированной системы централизованной раздачи глинозема (ЦРГ). Системы ЦРГ работают в некоторых цехах, оснащенных электролизерами OA, но и в них предусмотрены средства механизированной доставки глинозема самоходными транспортными средствами и специализированными кранами.
Питание ванны глиноземом осуществляют двумя методами: периодической пробивкой корки электролита, погружением и растворением ее в электролите; с помощью автоматизированной системы подачи глинозема (АПГ). На подавляющем большинстве электролизеров с СОА подача глинозема в электролит происходит путем пробивки корки. На большинстве же мощных ванн OA установлены питатели, снабжающие их глиноземом, а на некоторых заводах и фторидами. Конструкция питателей и алгоритмы их управления постоянно совершенствуются, а порядок работы ванн, оснащенных системами АПГ, приведен в технологических инструкциях.
Преимущества АПГ очевидны: стабилизируется температура процесса электролиза, появляется возможность работы на минимальной концентрации глинозема в электролите, что снижает напряжение на электролизере, уменьшается частота анодных эффектов и расход фторидов, снижаются трудозатраты и пр. Поэтому на многих заводах, оснащенных электролизерами с СОА, энергично ведутся работы по внедрению систем АПГ различных конструкций.
На большинстве электролизеров с СОА питание глиноземом осуществляется пробивкой корки во время обработки ванны. При погружении разрушенной корки находящиеся в ней глинозем и фториды растворяются в электролите. Частота обработок ванн зависит от многих факторов — уровня электролита и его состава, физико-химических свойств глинозема, конструкции электролизера и пр. В заводских технологических инструкциях. подробно регламентируются способы и периодичность обработки ванн, порядок загрузки сырья на корку после обработки и пр.
В промежутке между обработками, благодаря бурлению электролита у анода, часть сырья из корки размывается и растворяется в электролите. Количество растворившегося сырья зависит от ширины глиноземной засыпки. Так, на ваннах БТ оно больше, чем на электролизерах ВТ, у которых часть поверхности перекрыта газосборным колоколом.
Основной показатель качества работы серии — выход по току — не измеряется, а рассчитывается исходя из количества вылитого металла и оставшегося металла в незавершенном производстве (НЗП).
Некоторые технологические параметры: рабочее напряжение, перепад напряжений в аноде и подине, температура электролита, параметры анода — температура жидкой анодной массы (ЖАМ), полнота анода, минимальное расстояние от конца штыря до подошвы анода, расстояние от колокола до электролита и др. — периодически контролируются независимой от цеха бригадой замерщиков.
Перепад напряжения на отдельных контактах (штырь — шинка, штырь — анодная рама, штанга — анодная рама и пр.), а также электрические потенциалы в зоне действия персонала проводит, как правило, электрослужба цеха.
Периодически выполняются замеры формы рабочего пространства ванн, на основании которых определяется "цена" сантиметра электролита и металла и общее количество электролита и металла в ванне, находящихся в незавершенном производстве.
Важнейшим показателем, характеризующим состояние технологического процесса, является форма рабочего пространства (ФРП) ванны. Нормально работающий электролизер имеет устойчивый бортовой гарниссаж, переходящий в зоне металла в крутопадающую настыль, не заходящую под анод. На горячо работающей ванне объем настылей значительно меньше, уровень металла ниже, а корка электролита мягче. Холодно работающие электролизеры имеют мощные настыли, далеко уходящие под анод, и весьма прочную электролитную корку.
От конфигурации ФРП зависит распределение тока в расплаве. На горячо работающем электролизере катодная плотность тока меньше, чем на нормальном электролизере, что снижает выход по току. При холодном ходе электролизера из-за мощных настылей, закрывающих часть подины, возрастает перепад напряжения в ней, изменяется магнитное поле в расплаве и форма поверхности металла, возрастает циркуляция расплава.
2.2Монтаж катодного устройства и срок его службы
2.2.1Срок службы катодного устройства
Недостатком такого катодного устройства является его малый срок службы, который связан, прежде всего, с использованием на-бивной подины, имеющей малый срок службы. Малый срок службы набивной подины объясняется тем, что, во-первых, такая подина после ее набивки имеет низкую плотность, поскольку в процессе набивки такой подины невозможно создать достаточные усилия для необходимого уплотнения подовой массы. Во-вторых, в процессе обжига такой подине вы-деляется большое количество газа, который разрыхляет структуру спекающейся подины, уменьшая тем самым ее плотность, что, в свою очередь, снижает ее механические характеристики. В-третьих, для качественного обжига угольных материалов необходимы соответствующие условия, в частности температура выше 1000°С и неокислительная атмосфера, что невозможно создать при изготовлении набивной подины в алюминиевых электролизерах.
Помимо малого срока службы катодного устройства, связанного с использованием набивной подины, малый срок службы такого катодного устройства связан еще и с тем, что при выполнении катодных стержней в виде сборных пакетов шин, у которых величина шага между шинами соответствует шагу раскладки шин в рабочей зоне катодного устройства, а концы шин в местах выхода пакетов из кожуха объединены в общий контактный узел, не обеспечиваются условия для создания необходимой формы рабочего пространства, характеризующейся обязательным наличием по периферии шахты катодного устройства устойчивого защитного гарнисажа в зоне электролита и устойчивой крутопадающей подовой настыли в зоне металла, причем достаточных размеров, и при отсутствии осадка и настыли на подине под анодом. Невозможность создания таких условий формирования рабочего пространства объясняется тем, что при использовании указанных катодных стержней не обеспечивается необходимый отвод тепла от зоны электролита и зоны металла. Отсутствие по периферии шахты катодного устройства устойчивого защитного гарнисажа в зоне электролита и устойчивой крутопадающей подовой настыли в зоне металла, причем достаточных размеров, может привести к разрушению футеровки, проникновению расплава к металлическому кожуху и к его прорыву из шахты катодного устройства алюминиевого электролизера
Кроме того, малый срок службы набивной подины, а следовательно, и катодного устройства связан еще и с тем, что при нагреве в период обжига и пуска алюминиевого электролизера и в начальный период его работы из-за различных значений температурных расширений набивной подины и заделанных в подину во время ее набивки катодных стержней, выполненных в виде сборных пакетов шин, возникают усилия, способные вызвать деформацию катодных стержней, образование полостей и трещин в подине и ее разрушение.
Выполнение подины из подовых блоков, одна часть которых размещена перпендикулярно продольной оси электролизера, а другая - параллельно про-дольной оси электролизера, и при этом вывод катодных стержней, закрепленных в подовых блоках, размещенных перпендикулярно продольной оси электролизера, через продольные стороны катодного кожуха, а катодных стержней, закрепленных в подовых блоках, размешенных параллельно продольной оси электролизера, через торцевые стороны катодного кожуха, обеспечивает создание не-обходимой формы рабочего пространства, характеризующейся обязательным наличием по периферии шахты катодного устройства устойчивого защитного гарнисажа в зоне электролита и крутопадающей подовой настыли в зоне металла, причем достаточных размеров, и при отсутствии осадка и настыли на подине под анодом, за счет выравнивания условий , формирования рабочего пространства по продольным и торцевым сторонам катодного устройства, что позволяет повысить срок службы катодного устройства алюминиевого электролизера.
Размещение части подовых блоков подины катодного устройства параллельно продольной оси электролизера и вывод закрепленных в них катодных стержней через торцевые стороны катодного кожуха обеспечивает формирование по торцевым сторонам катодного устройства устойчивого защитного гарнисажа в зоне электролита и устойчивой крутопадающей подовой настыли в зоне металла, причем достаточных размеров. формирование по торцевым сторонам устойчивого защитного гарнисажа в зоне электролита и устойчивой крутопадающей подовой настыли в зоне металла достаточных размеров обеспечивается благодаря выводу закрепленных в подовых блоках катодных стержней через торцевые стороны катодного кожуха. При этом выведенные через торцевые стороны катодного кожуха катодные стержни благодаря своей высокой теплопроводности служат средством, обеспечивающим интенсивный отвод тепла от зоны электролита и зоны металла по торцевым сторонам катодного устройства, что и способствует образованию по указанным сторонам катодного устройства устойчивого защитного гарнисажа в зоне электролита и устойчивой крутопадающей подовой настыли в зоне металла достаточных размеров. Наличие по торцевым сторонам катодного устройства устойчивого защитного гарнисажа в зоне электролита и крутопадающей подовой настыли в зоне металла, причем достаточных размеров, предохраняет футеровку указанных сторон катодного устройства от разрушения. При этом размещение части подовых блоков перпендикулярно продольной оси электролизера и вывод закрепленных в них катодных стержней через продольные стороны катодного кожуха обеспечивает формирование по продольным сторонам катодного устройства устойчивого защитного гарнисажа в зоне электролита и устойчивой крутопадающей подовой настыли в зоне металла, причем достаточных размеров.
Таким образом, выполнение подины из подовых блоков, одна часть которых размещена перпендикулярно продольной оси электролизера, а другая - параллельно продольной оси электролизера, и при этом вывод катодных стержней, закрепленных в подовых блоках, размещенных перпендикулярно продольной оси электролизера, через продольные стороны катодного кожуха, а катодных стержней, закрепленных в подовых блоках, размещенных параллельно продольной оси электролизера, через торцевые стороны катодного кожуха, обеспечивает выравнивания условий формирования рабочего пространства по продольным и торцевым сторонам катодного устройства и создание необходимой формы рабочего пространства по периферии шахты катодного устройства. Наличие по периферии шахты катодного устройства устойчивого защитного гарнисажа в зоне электролита и крутопадающей подовой настыли в зоне металла достаточных размеров предохраняет футеровку катодного устройства от разрушения, что и позволяет повысить срок его службы.
Помимо выравнивания условий формирования рабочего пространства по продольным и торцевым сторонам катодного устройства выполнение подины из подовых блоков, одна часть которых размещена перпендикулярно продольной оси электроли-зера, а другая -параллельно продольной оси электролизера, и при этом вывод катодных стержней, закрепленных в подовых блоках, размещенных перпендикулярно продольной оси электролизера, через продольные стороны катодного кожуха, а катодных стержней, закрепленных в подовых блоках, размещенных параллельно продольной оси электролизера, через торцевые стороны катодного кожуха, обеспечивает преобразование усилий, воз-никающих при нагреве в период обжига и пуска алюминиевого электролизера и в начальный период его работы в результате термического расширения катодных стержней, термического расширения подовых блоков, а также в резуль-тате расширения подовых блоков из-за проникновения в них натрия, и действующих на крайние подовые блоки подины, из поперечных, действующих на боковые грани указанных подовых блоков, в продольные, действующие вдоль продольной оси указанных блоков.
2.2.2Монтаж катодного устройства
Монтаж катодного устройства алюминиевого электролизера осуществляется следующим образом.
После сборки и установки катодного кожуха 1 его днище внутри выравнивается слоем шамотного заполнителя, на который затем осуществляется кладка цоколя. Кладка цоколя производится, как правило, из нескольких нижних рядов пенодиатомитового кирпича и нескольких верхних рядов шамотного кирпича. После чего поверхность кирпичной кладки цоколя покрывается слоем подовой массы, на который затем в соответствии с проектом устанавливаются подовые блоки 2 с закрепленными в них катодными стержнями 3. Закрепление катодных стержней 3 в подовых блоках 2 производится при помощи чугунной заливки или заделки угольной массой. Часть подовых блоков 2 размещается перпендикулярно продольной оси электролизера двумя рядами с выводом закрепленных в них катодных стержней 3 через продольные стороны катодного кожуха 1, а часть подовых блоков 2 размещается параллельно продольной оси электролизера с выводом закрепленных в них катодных стержней 3 через торцевые стороны катодного кожуха 1. При этом количество подовых блоков 2, размещенных перпендикулярно продольной оси электролизера, и количество подовых блоков 2, размещенных параллельно продольной оси электролизера, определяется исходя из размеров шахты катодного устройства алюминиевого электролизера и размеров подовых блоков 2. Так, например, при длине шахты катодного устройства 9400 мм и ее ширине 3900 мм и при использовании подовых блоков 2 сечением 550х420 мм количество подовых блоков 2, расположенных в два ряда перпендикулярно продольной оси электролизера равно 22 по 11 в каждом ряду, а количество подовых блоков 2, расположенных параллельно продольной оси электролизера, равно 12 по 6 на каждую торцевую сторону катодного устройства. После установки подовых блоков 2 производится кладка так называемой бровки, представляющей собой кладку шамотного кирпича вдоль стенок катодного кожуха. Последующей операцией является монтаж бо-ковой футеровки 4. Боковая футеровка 4 вы-полняется из боковых блоков. Завершающей и самой ответственной операцией монтажа катодного устройства является набойка швов между подовыми блоками 2 и периферийных швов между подовыми блоками 2 и боковой футеровкой 4.
Такая конструкция катодного устройства алюминиевого электролизера, благодаря выполнению подины из подовых блоков, одна часть которых размещена перпендикулярно продольной оси электролизера, а другая '-параллельно продольной оси электролизера, и при этом вывод катодных стержней, закрепленных в подовых блоках, размещенных перпендикулярно продольной оси электролизера, через продольные стороны катодного кожуха, а катодных стержней, закрепленных в подовых блоках, размещенных параллельно продольной оси электролизера, через торцевые стороны катодного кожуха, обеспечивает условия для создания необходимой формы рабочего пространства, характеризующейся обязательным наличием по периферии шахты катодного устройства устойчивого защитного гарнисажа в зоне электролита и крутопадающей подовой настыли в зоне металла, причем достаточных размеров, и при отсутствии осадка и настыли на подине под анодом, за счет выравнивания условий формирования рабочего пространства по продольным и торцевым сторонам катодного устройства, а также обеспечивает сохранение целостности футеровки и крайних подовых блоков подины за счет преобразования усилий, возникающих при нагреве в период обжига и пуска алюминиевого электролизера и в начальный период его работы в результате термического расширения катодных стержней, закрепленных в подовых блоках, расположенных перпендикулярно продольной оси электролизера, термического расширения указанных подовых блоков, а также в результате расширения этих подовых блоков из-за проникновения в них натрия, и действующих на крайние подовые блоки подины, из поперечных, действующих на боковые грани крайних подовых блоков, в продольные, действующие вдоль продольной оси указанных блоков, что позволяет повысить срок службы катодного устройства алюминиевого электролизера.
Катодное устройство алюминиевого электролизера, включающее металлический катодный кожух прямоугольной формы, подину, выполненную из подовых блоков с закрепленными в них катодными стержнями, и боковую футеровку, отличающееся тем, что одна часть подовых блоков с закрепленными в них катодными стержнями размещена перпендикулярно продольной оси электролизера, а другая - параллельно продольной оси электролизера, при этом для образования по всей периферии катодного устройства защитного гарнисажа в зоне электролита и крутопадающей подовой настыли в зоне металла, катодные стержни, закрепленные в подовых блоках, размещенных перпендикулярно продольной оси электролизера, выведены через продольные стороны катодного кожуха, а катодные стержни, закрепленные в подовых блоках, размещенных параллельно продольной оси электролизера, выведены через торцевые стороны катодного кожуха.
2.3 Охрана труда при производстве алюминия
РУСАЛ уделяет особое внимание вопросам охраны труда на своих предприятиях. За четыре года работы компании число пострадавших на производстве сократилось на 51%, количество рабочих дней, пропущенных в связи с производственными травмами, снизилось на 40%. Этих результатов удалось добиться благодаря следующим мероприятиям:
– Полностью централизован учет несчастных случаев, аварий и пожаров, что позволило с абсолютной точностью определить динамику роста или снижения количества травм на производстве.
– В результате модернизации предприятий РУСАЛа, замены старого оборудования на новую технику значительно улучшились условия труда.
– Применение методики ранней диагностики профзаболеваний позволило сократить количество дней, пропускаемых рабочими по причине болезни.
– Регулярные проверки на соответствие предприятий принятым стандартам по безопасности позволило сократить травматизм на производстве.
– Пропаганда здорового образа жизни, организация спартакиад и футбольных матчей — неотъемлемая часть деятельности компании в области охраны труда на своих предприятиях.
Составными частями охраны труда являются техника безопасности и производственная санитария.
Техника безопасности — это система организационных мероприятий и технических средств, предотвращающих или уменьшающих воздействие опасных производственных факторов на трудящихся.
Производственная санитария — система организационных мероприятий и технических средств, предотвращающих или уменьшающих воздействие на трудящихся вредных производственных факторов.
В соответствии с Федеральным законом "О промышленном безопасности опасных производственных объектов", принятым Государственной думой 20.06.1997 г., электролитическое производство алюминия относится к опасным производственным объектам. Поэтому при производстве алюминия должны выполняться такие дополнительные меры безопасности, как лицензирование видов деятельности в области промышленной безопасности, экспертиза промышленной безопасности, разработка деклараций промышленной безопасности.
Во исполнение указанных законодательных и директивных документов на алюминиевых заводах действует положение о системе управления охраной труда (СУОТ), которая является неотъемлемой частью управления производством и определят задачи по обеспечению безопасных условий труда для каждою должностного лица от директора до мастера
— обеспечение выполнения соглашения с профсоюзом по охране труда и комплексного плана оздоровительных мероприятий;
— обеспечение трудящихся специальной одеждой, обувью,
респираторами; организация регулярной стирки, химической чистки и ремонта спецодежды и обуви;
— своевременное рассмотрение и выявление причин аварий и несчастных случаев на производстве и профессиональных заболеваний, составление актов о несчастных случаях и обеспечение выполнения мероприятий по устранению причин, вызывающих несчастные случаи, профзаболевания и аварии.
В каждом цехе действуют технологические инструкции, регламентирующие меры безопасности при выполнении тех или иных операций. Кроме того, для каждой специальности разработаны инструкции по охране труда, знание которыхпериодически проверяются.
Безопасность и охрана труда должны постоянно нахо диться в поле зрения специалиста любого ранга, и эти вопросы занимают значительную часть его рабочего времени, требуют высокого чувства ответственности. За непринятие мер по созданию безопасных условий труда виновные подвергаются дисциплинарным и административным взысканиям, а в некоторых случаях несут уголовную ответственность.
Независимо от конструкции электролизеров и их мощности, процесс на них одинаков и идет непрерывно при температуре около 960 °С. Электролизный цех насыщен разнообразным технологическим, транспортным, вентиляционным и газосборным оборудованием, специализированными машинами по обслуживанию электролизеров и пр., что создает потенциальную опасность для персонала особенно от поражения электрическим током. Рассмотрим санитарно-гигиенические условия труда персонала и основные производственные факторы, представляющие опасность для здоровья трудящихся и безопасность их работы.
2.3.1 Санитарно-гигиеническая характеристика условий труда
При производстве 1 т алюминия образуется около 1,5 т отходов, которые в газообразном и твердом виде выбрасываются в окружающую среду. Кроме того, отходы образуются при проведении ремонтов и эксплуатации металлургических агрегатов; они вывозятся в отвал.
Выделяющиеся в атмосферу корпуса газообразные вещества воздействуют на обслуживающий персонал и вызывают профессиональные заболевания. Содержание этих соединений в атмосфере рабочей зоны строго лимитировано.
Существенное влияние на условия труда в корпусах оказывает выделение тепла от электролизеров, в результате чего в летний период температура на
рабочих местах нередко превышает 50 °С, а зимой практически не отличается от наружной. Влажность воздуха на рабочих местах практически не отличается от влажности наружного воздуха.
Отдельные технологические и ремонтные операции, проводимые в цехе, сопровождаются значительным шумом, негативно воздействующим на органы слуха и организм в целом.
Выполнение некоторых операций связано с воздействием вибрации на работающего, но эти факторы не являются постоянно действующими и при нормальном состоянии технологии не превышают допустимых норм.
Особенностью электролитического производства алюминия является высокая температура процесса и, как следствие, возможность ожогов расплавом, выделяющимися газами, жидким металлом и пр.
Использование различных химических веществ не исключает возможности отравления работающих и получения профессионального заболевания.
Перемещение сырья, материалов, инструмента, готовой продукции и отходов производства связано с потенциальной опасностью непреднамеренного наезда на человека, обрыва и падения груза, что представляет опасность для здоровья.
Кроме того, в цехе эксплуатируется большое количество трубопроводов, находящихся под давлением, применяются и баллоны со сжиженными газами, что также может стать источником травматизма.
Наиболее опасным производственным фактором в корпусе является возможность поражения человека электрическим током, так как электролизер имеет значительный потенциал (до 850 В) по отношению к земле или заземленным предметам. Кроме технологической электроэнергии в корпусе имеются линии переменного тока, от которых питаются различные транспортные машины (краны, МНР), а также сети, обслуживающие электродвигатели, установленные на электролизерах. Поэтому всегда существует потенциальная возможность поражения человека током.
Перечисленные особенности условий труда в электролизном цехе требуют от работающего строгого выполнении технологических инструкций, норм и правил техники безопасности.
2.3.2 Общие требования безопасности
Промышленное производство первичного алюминия основано на электролитическом разложении криолит-глинозёмного расплава в электролизёров различной конструкции. Технологический процесс частично механизирован и автоматизирован, поэтому трудовая деятельность рабочих включает, как
выполнение операций по наблюдению, контролю и регулированию технологических параметров, так и производство работ, требующих значительных физических усилий в условиях воздействия высоких температур, повышенного уровня запылённости и загазованности воздуха рабочей зоны.
Работающие в корпусах электролиза, обязаны выполнять требования производственной дисциплины, правела внутреннего трудового распорядка, требования технологических инструкций, технологических карт, инструкций по охране труда, инструкции по ремонту и обслуживанию по основной и совмещаемой профессиям.
Работающие в корпусах электролиза обязаны ежегодно проходить периодический медицинский осмотр. Лица, не прошедшие своевременно медицинский осмотр, к работе не допускаются.
Производство алюминия связано с повышенной опасности для работающих в корпусах электролиза, обусловленной наличием или потенциальной возможностью возникновения следующих опасных и вредных производственных факторов:
- повышенное напряжение в электрической цепи, при замыкании которой электрический ток может произойти через тело человека;
- движущиеся механизмы и машины, их части;
- повышенные уровни шума и вибрации при использовании ручного пневмоинструмента;
- повышенная (летом) или пониженная (зимой) температура оборудования, сырья и воздуха рабочей зоны;
- высокая (более 950 ºС) температура расплава;
- повышенная запылённость и загазованность воздуха рабочей зоны;
- повышенный уровень электромагнитного излучения;
- повышенный уровень теплоизоляции;
- физические перегрузки;
- острые кромки и заусенцы на поверхности оборудования, инструмента;
- производство работ на разных уровнях относительно пола (работы на высоте);
- наличие вредных веществ остронаправленного действия (оксид углерода, фтористый водород), канцерогенного действия (смолистые вещества, возгоны каменноугольного пека, анодная масса в пылевидном состоянии), фиброгенного действия (глинозём).
Химические вещества, находящиеся в воздушной среде корпусов электролиза, проникают в организм человека через органы дыхания, желудочно-кишечный тракт, кожные покровы и слизистые оболочки.
Предельно-допустимые концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны по ГОСТ 12.1.005 – 88 «Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны».
Средства индивидуальной защиты (СИЗ), обеспечивающие защиту рабочих от вредных и опасных производственных факторов, определены «Перечнем профессий и должностей ОАО «КрАЗ», имеющих право на бесплатное получение спецодежды, спец обуви и других средств индивидуальной защиты» по каждой профессии.
Работающие в корпусах электролиза обязаны использовать СИЗ правильно и по назначению.
С целью сохранения защитных свойств СИЗ, их хранение (за исключением предохранительных поясов и страховочных канатов) осуществляется в бытовых помещениях.
К средствам коллективной защиты относятся:
- средства нормализации воздушной среды в корпусах электролиза (система колокольного газоотсоса, система аэрации корпусов);
- средства естественного и искусственного освещения;
- средства защиты от поражения электрическим током (ограждения, изолирующие устройства и покрытия, разделяющие трансформаторы, устройства выравнивания потенциалов (компенсаторы, закоротки) и понижения напряжения, устройства дистанционного управления, предохранительные устройства;
- знаки безопасности, предупреждающие плакаты, переносные и стационарные ограждения;
- средства защиты от воздействия механических факторов.
Питьевой режим, комнаты отдыха.В корпусах электролиза предусмотрены комнаты отдыха, оборудованные умывальниками, сатураторами и электрочайниками. В целях соблюдения правил питьевого режима и своевременного восстановления солевого баланса организма человека, необходимо принимать газированную подсоленную воду, содержащую 0,5 % поваренной соли (1 г. соли на 200 мл. воды), из расчёта 4-5 литров на человека в смену.
Контроль за содержанием вредных веществ в воздухе рабочих зон корпусов электролиза осуществляется санитарно-промышленной лабораторией по графику, утверждённому главным инженером. Результаты анализа проб воздуха должны доводиться до персонала корпусов электролиза администрацией цеха, корпуса.
Работающим в корпусе электролиза разрешается выполнения работ только на том участке и оборудовании, к которому они имеют оформленный надлежащим образом допуск и только в объёме полученного задания.
3Организационно-экономическая часть
Данный курсовой проект был рассчитан электролизный цеха, состоящий из трех серий. По расчетам в проектируемом цехе пятьсот сорок три электролизера с верхним токоподводом с самообжигающимся анодом. Тогда в каждой серии разместится по сто восемьдесят одному электролизёру. Всего в таком цехе действующих электролизёров будет пятьсот сорок три, а среднее число электролизёров находящихся в ремонте будет три.
При силе тока 176,5 кА и выходу по току 88,3 % выход алюминия - сырца на одну ванну в сутки будет составлять 1,2528 тонн в сутки. А в трех сериях за год выпуск алюминия- сырца будет составлять 243931,28 тонн. Среднее напряжение на один электролизёр с верхним токоподводом будет составлять 4,49 В. Удельный расход электроэнергии, составит 15233 кВт*ч /(т).
В рассчитываемом электролизёре наблюдаются некоторые отличия от электролизёра типа С8БМ. Увеличилось количество штырей прикреплённых к анодной раме с 83 до 80. Увеличилось количество подовых блоков с 15 до 18.
3.1 Расчет производственной программы
На основании расчётных данных производственная часть приведена в таблице 4
Таблица 4 – План производства алюминия-сырца на силу тока 176,5 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 |
539 |
|
Сила тока, А |
I |
176500 |
|
Выход по току, % |
η |
88,3 |
|
Выход на ванну, т/сутки |
m |
1,252 |
|
Среднее напряжение, В |
Uср |
4,506 |
|
Удельный расход электроэнергии, кВт*ч/т |
15233 |
|
|
Количество алюминия 3 серий, т/год |
M = N*m*T |
245398,26 |
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