Автор работы: Пользователь скрыл имя, 21 Января 2014 в 08:04, дипломная работа
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.
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 «
,
где – фактическая производительность цеха, т/год;
– фактически установленных электролизеров цеха, шт;
– количество электролизеров цеха, находящихся в капитальном ремонте, шт.
12 РАСЧЁТ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
ЭЛЕКТРОЛИЗНОГО ЦЕХА
12.1 Количество вспомогательного оборудования
1) Самоходные машинки для пробивки корки электролита.
Принимаю по 12 машинок на серию (4 из них запасные).
Итого по цеху 80 машинок.
2) Пневматические машинки для извлечения штырей.
Принимаю по 8 машинок на серию (4 из них запасные).
Итого по цеху 40 машинок.
3) Пневматические машинки для правки штырей.
Принимаю по 8 машинок на серию (4 из них запасные).
Итого по цеху 40 машинок.
4) Пневматические машинки для забивки штырей.
Принимаю по 8 машинок на серию (4 из них запасные).
Итого по цеху 40 машинок.
5) Барабаны для чистки штырей.
Принимаю по 1 барабану на корпус.
Итого по цеху 10 барабанов.
6) Вакуум-ковши
Принимаю для выливки металла ковш емкостью 2 тонны.
Выливка металла производится раз в сутки из каждого электролизера. Ежедневно в одном электролизере нарабатывается 660,44 кг алюминия. В один вакуум-ковш выливается металл из трех ванн.
Для обеспечения нормальной выливки на серию достаточно 5-ти ковшей (один из них в резерве). Итого по цеху 25 ковшей.
7) Ковши для
транспортировки металла в
Емкость открытого ковша составляет 2000 кг. Продолжительность рейса в среднем составляет 15 мин. Тогда количество рейсов составит:
(12.1.1)
где – количество рейсов, рейсов;
– продолжительность смены, час;
– продолжительность одного часа, мин;
– продолжительность транспортировки, мин.
Количество ковшей для перевозки металла из корпуса в литейное отделение составит:
(12.1.2)
где – количество ковшей для перевозки металла из корпуса в литейное отделение, ковшей;
– суточная производительность одного корпуса, т;
– вместимость одного ковша, т.
Принимаю для серии 2 ковша и 1 в резерве. Итого по цеху 15 ковшей.
8) Бункера для глинозёма.
Завозка глинозёма от силосных башен к электролизёрам осуществляется саморазгружающимися бункерами, ёмкостью 5 тонн. Количество бункеров на одну серию 4 шт. Итого по цеху 20 штук.
9) Транспортные средства.
Мостовые краны. Основным транспортным средством в электролизном цехе является мостовой кран. В каждом корпусе предусматривается 2 крана грузоподъёмностью 30 т и 10 т. Итого по цеху 20 кранов.
Электрокары. Принимаю один электрокар для транспортировки жидкого металла в литейное отделение, один электрокар для завозки глинозёма по корпусам и один электрокар в резерв. Итого по цеху 3 шт.
Погрузчики. В литейном отделении принимаю четыре электропогрузчика и два в резерв. Итого по цеху 6 шт.
12.2 Выбор системы автоматического регулирования технологическим процессом
Для автоматического регулирования и контроля за ходом технологического процесса предусматривается система автоматического регулирования АСУ ТП «Электра-160» по одной на каждую из пяти серий. Итого по цеху 5 систем.
12.3 Выбор системы автоматического регулирования «Тока серии»
Для обеспечения относительно неизменной, определённой технологическим регламентом величину постоянного тока в цепях серий электролизёров предусматривается автоматизированная система управления (АСУ) «Ток серии» по одной на каждую из пяти серий. Итого по цеху 5 систем.
12.4 Количество вытяжных труб
Принимаю 10 вытяжных труб размером Н = 120 м и D = 6 м из расчета две трубы на серию.
12.5 Количество вентиляторов вытяжной вентиляции
Серия из 168 электролизеров оборудуется четырьмя вытяжными центрами. В каждом центре устанавливается осевой в