Цех электролитического получения алюминия, производительностью 250 000 тонн в год

РЕФЕРАТ

 

В состав дипломного проекта  входят:

- пояснительная записка  98 с., 11 рис., 20 табл., 27 источников;

-графические (демонстрационные) материалы  8 листов, спецификация

Тема дипломного проекта:

«Цех электролитического получения  алюминия,  производительностью 250 000 тонн в год».

Целью дипломного проекта  является:

- расчёт цеха электролитического получения алюминия первичного, оснащённого электролизёрами с самообжигающимися анодами и боковым токоподводом на силу тока 90 кА производительностью 250 000 тонн в год;    

- разработка мероприятий по  интенсификации процесса электролиза  алюминия.

В проекте выполнены  расчеты материального, электрического и теплового балансов.

С целью интенсификации технологии производства в проекте рассматриваются перспективы:

-  совершенствование состава электролита, а именно его оптимизация по величине криолитового отношения, содержанию добавок CaF₂ и MgF₂;

- изменение состава  электролита электролизеров путем  увеличения содержания фторида  лития;  

-  создание оптимальной формы рабочего пространства за счет уменьшения количества обработок электролизеров и отказа от искусственной бортовой настыли;

-  изменение теплового баланса электролизеров в результате подъёма уровней жидкого алюминия с 28 до 34-35 см и электролита с 15-17 до 18-20 см;

-  использование анодной массы с высокими эксплуатационными характеристиками, выполненной из высококачественного сырья (добились снижения разрушаемости с 60-70 до 38-39 мг/см²час);

-  определение оптимальных токовых нагрузок на корпусах электролиза;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПЕРЕЧЕНЬ ЛИСТОВ ГРАФИЧЕСКИХ

(ДЕМОНСТРАЦИОННЫХ) МАТЕРИАЛОВ

 

 

Наименование документа	Обозначение документа	Формат листа
1. Электролизер, I = 90 кА (продольный разрез) 2. Электролизер, I = 90 кА (поперечный разрез) 3. План серии на отметке 0,000 м 4. Поперечный и продольный  разрезы корпуса 5. Точка безубыточности  и финансовый      профиль инвестиционного  проекта 7. Структурная схема  автоматической системы     управления  «Электра-160» электролизного      производства 8. Машинка по забивке штырей	150102 171211 095 СБ 150102 171211 095 СБ 150102 171211 095 МЧ 150102 171211 095 МЧ   150102 171211 095 ТБ         150102 171211 076 СА 150102 171211 046 СБ	А1 А1 А1 А1   А1         А1 А1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………………11

1 ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА МЕСТА СТРОИТЕЛЬСТВА  ЦЕХА………………….12

2 ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ электролизЁрА и

   основных ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ параметров ЭЛЕКТРОЛИЗА………….14

   2.1 Выбор мощности и конструкции электролизёра…………………...……………14

   2.2 Выбор анодной плотности тока……………………………………………..…….16

   2.3 Выбор ширины анода……………………………………………………...………16

   2.4 Выбор межполюсного расстояния……………………….……………………….16

   2.5 Выбор состава электролита………………………………………………………16

   2.6 Температура  электролита…………………………………………………………17

   2.7 Выход по току……………………………………………………………………...17

3 ТЕОРИЯ ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРОЛИЗА……………………………………………...18

4 ПРОИЗВОДСТВО АЛЮМИНИЯ. ЭЛЕКТРОЛИЗНЫЙ ЦЕХ……………………...21

   4.1 Серия электролиза…………………………………………………………………21

5 ОСНОВНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ  ЭЛЕКТРОЛИЗНОГО ПРОИЗВОДСТВА………23

   5.1 Конструкция  электролизера ……………………………………………..……….23

         5.1.1 Катодное устройство электролизера………………………………………..23

         5.1.2 Анодное устройство электролизера………………………………………...24

         5.1.3 Ошиновка электролизера……………………………………………………26

         5.1.4 Металлоконструкции электролизера……………………………………….27

         5.1.5 Подъемный механизм………………………………………………………..28

         5.1.6 Шторы электролизера……………………………………………………….28

  6 ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОЛИЗНОГО

   ПРОИЗВОДСТВА…………………………………………………………………….29

   6.1 Машинка по пробивке корки электролита………………………………………29

   6.2 Машинка для заклинивания и расклинивания клинового контакта «шинка-

         штырь»……………………………………………………………………………...30

   6.3 Машинка по правке штырей………………………………………………………30

   6.4 Машинка по вытяжке штырей…………………………………………………….31

   6.5 Машинка по забивке штырей……………………………………………………..31

   6.6 Вакуум- ковш………………………………………………………………………32

   6.7 Система АПГ……………………………………………………………………….33

7 КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЁТ ЭЛЕКТРОЛИЗЁРА……………………………….34

   7.1 Определение размеров анода……………………………………………………...34

   7.2 Определение внутренних размеров шахты………………………………………35

   7.3 Конструкция катода………………………………………………………………..37

   7.4 Определение размеров кожуха электролизёра…………………………………..39

   7.5 Расчёт боковых футеровочных плит……………………………………………...41

   7.6 Каркас ванны……………………………………………………………………….41

   7.7 Расчёт токоведущих элементов…………………………………………………...42

         7.7.1 Стояки и анодные пакеты…………………………………………………...42

         7.7.2 Штыри………………………………………………………………………...43

         7.7.3 Токоведущие медные спуски……………………………………………….44

         7.7.4 Катодные стержни…………………………………………………………...46

         7.7.5 Алюминиевые соединительные шины…………………………………….46                                                             8 РАСЧЁТ МАТЕРИАЛЬНОГО БАЛАНСА ЭЛЕКТРОЛИЗЁРА………...………….48

9 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ ЭЛЕКТРОЛИЗЁРА…………………………………..52

   9.1 Баланс напряжения электролизёра………………………………………………..52

   9.2 Падение напряжения в анодном устройстве……………………………………..52

   9.3 Падение напряжения в электролите……………………………………………...55

   9.4 Падение напряжения в катодном устройстве……………………………………56

   9.5 Падение напряжения от анодных эффектов……………………………………..59

   9.6 Э.д.с. поляризации…………………………………………………………………59

   9.7 Падение напряжения в общесерийной ошиновке……………………………….59

   9.8 Расход электроэнергии…………………………………………………………….60

10 ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС ЭЛЕКТРОЛИЗЁРА………………………………………...61

     10.1 Приход тепла…………………………………………………………………….61

     10.2 Расход тепла……………………………………………………………………..64

11 РАСЧЁТ ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ЭЛЕКТРОЛИЗНОГО ЦЕХА………68

     11.1 Количество электролизеров цеха…………………………………………........68

     11.2 Количество электролизеров серии………………………………………….….69

     11.3 Количество серий электролизного цеха………………………………….…....71

     11.4 Годовая производительность электролизного цеха……………………….….72

12 РАСЧЁТ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

     ЭЛЕКТРОЛИЗНОГО ЦЕХА……………………………………………………...….73

     12.1 Количество вспомогательного оборудования……………………………..…..73

     12.2 Выбор системы автоматического регулирования технологическим

             процессом………………………………………………………………………..74

     12.3 Выбор системы автоматического регулирования «Ток серии»………….......74

     12.4 Количество вытяжных труб…………………………………………………....75

     12.5 Количество вентиляторов  вытяжной вентиляции……………………………75

     12.6 Количество вентиляторов  приточной вентиляции…………………………...75

     12.7 Количество силосных башен для хранения глинозема………………….…....75

     12.8 Оборудование для литейного отделения………………………………………76

13 СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ……………………………………………………………78

     13.1 Пути  интенсификации процесса электролиза алюминия………………….....78

14 АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА  ЭЛЕКТРОЛИЗА АЛЮМИНИЯ……………...85

     14.1 Автоматизация технологического процесса электролиза алюминия…….….85

     14.2 Состав АСУТП «Электра-160»………………………………………….……..85

             14.2.1 Верхний уровень…………………………………………………….…...86

     14.2.2 Нижний  уровень……………………………………………………..…..86

      14.3.Функции АСУ ТП «ЭЛЕКТРА-160»…………………………………………..87

      14.4. Возможности АСУ ТП «ЭЛЕКТРА-160»…………………………………….88

15 СТРОИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ……………………………………………………...……91

     15.1 Планировка цеха…………………………………………………………….…..91

     15.2 Общие сведения о строительной площадке…………………………………91

     15.3 Определение строительного  объема цеха…………………………………….92

              15.3.1 Длина корпуса……….…………………………………………………....92

              15.3.2 Ширина корпуса………………….………………………………………92

             15.3.3 Объем соединительных коридоров……………………………………..93

             15.3.4 Объем фундамента под электролизеры………………………………...93

             15.3.5 Определение объема литейного отделения…………………………….93

             15.3.6 Определение объема склада сырья……………………………………..93

             15.3.7 Определение объема бытовых помещений…………………………….93

      15.4 Расположение серии и размещение  электролизеров в корпусе………………….93

      15.5 Конструктивные  элементы корпуса…………………………………………...94

      15.6 Краткая характеристика  основных конструктивных элементов здания……95

        15.6.1 Здание…………………………………………………………………….95

             15.6.2 Стены……………………………………………………………………..95

             15.6.3 Колонны……………………………………………………………….….95

             15.6.4 Конструкция подкрановых балок……………………………………….96

             15.6.5 Фундаменты……………………………………………………………...96

             15.6.6 Несущие конструкции покрытия……………………………………….97

             15.6.7 Светоаэрационный фонарь……………………………………………...97

             15.6.8 Окна…………………………………………………………………….…97

             15.6.9 Двери………………………………………………………………….…..97

      15.7 Расчет  бытовых помещений……………………………………………….…..98

             15.7.1 Гардеробные……………………………………………………………..98

             15.7.2 Душевые………………………………………………………………….98

             15.7.3 Туалеты……………………………………………………………….…..99

             15.7.4 Умывальные………………………………………………………….…..99

             15.7.5 Помещения для приема пищи……………………………………….….99

             15.7.6 Раздаточная спецжиров……………………………………………...…100

             15.7.7 Административные помещения и здравпункт………………………..100

16 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ.  ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЕ 

     И ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ  СРЕДЫ……………………………………………101

     16.1 Безопасность проекта………………………………………………………….101

             16.1.1 Основные  опасные и вредные производственные факторы…...........101

             16.1.2 Аттестация рабочего места ………………………………………….101

             16.1.3 Электробезопасность…………………………………………………...102