CC BY
0
_ISSN 2782-4004 (print) ISSN 2782-6341 (online)
Научная статья УДК 669.71 EDN:XHFGYC
DOI: 10.21285/1814-3520-2024-1-162-177
Изучение особенностей магнитогидродинамики электролизёров С-8БМ (С-8Б) при модернизации алюминиевых заводов
А.А. Пинаев1, Е.Ю. Радионов2, И.А. Орлов3, Н.В. Немчинова4 "1
1-3ООО «РУСАЛ Инженерно-технологический центр», г. Красноярск, Россия
34Иркутский национальный исследовательский технический университет, г. Иркутск, Россия
Резюме: Цель - расчет показателей магнитной гидродинамики алюминиевого электролизера для сравнения разных видов ошиновок, используемых на ваннах с анодом Содерберга. Для проведения расчетов электрических параметров электролизера (токораспределения по блюмсам и анодным штырям) и характеристик магнитного поля использовалась компьютерная программа «Blums V5.07» (ООО «Полифем», Россия). С помощью программы «MHD-Valdis» (разработчик В. Бояревич, университет Гринвич, Великобритания) были получены данные по скоростям циркуляции и перекосу металла в электролизере. В ходе выполнения исследований были построены математические модели электролизера типа С-8БМ (С-8Б) с различными конструкциями ошиновки. Выбраны 3 варианта ошиновок, на которых испытывалась установка перемычки, предназначенной для замыкания токораспределения анодной ошиновки электролизера. Данные типы ошиновок выполнялись в 2 вариациях: с перемычкой и без нее. По полученным данным рассчитанных скоростей циркуляции и перекоса металла была выполнена оценка возможности модернизации ванн с анодом Содерберга без значительных капитальных затрат При использовании 1-го типа ошиновки достигнуты наилучшие значения распределения тока по блюмсам с диапазонами, составляющими ~757 А (для варианта без перемычки) и ~656 А (для модернизированного варианта с замкнутыми рядами), и по анодным штырям с диапазонами ~1754 А и ~1609 А, соответственно. Показано, что при использовании 3-го варианта ошиновки токораспределение после установки перемычки между анодными шинами незначительно ухудшается. По полученным результатам можно сделать вывод, что при модернизации электролизера С-8БМ (С-8Б) с различными видами ошиновок токораспределение по блюмсам и анодным штырям, характеристики магнитного поля (компоненты By и Bz), а также скорости циркуляции и перекос металла не оказывают значительного влияния на эффективность работы данного электролизера, что способствует более быстрому переходу на ведение электролиза на ваннах ЭкоСодерберг и без значительных экономических затрат.
Ключевые слова: производство первичного алюминия, электролизер С-8БМ (С-8Б), ЭкоСодерберг, ошиновка, магнитное поле, токораспределение, перекос металла, скорость циркуляции, модернизация, математическое моделирование
Для цитирования: Пинаев А.А., Радионов Е.Ю., Орлов И.А., Немчинова Н.В. Изучение особенностей магнитогидродинамики электролизёров С-8БМ (С-8Б) при модернизации алюминиевых заводов // iPolytech Journal. 2024. Т. 28. № 1. С. 162-177. https://doi.org/10.21285/1814-3520-2024-1-162-177. EDN: XHFGYC.
METALLURGY
Original article
Analysis of the magnetohydrodynamic parameters of S-8BM (S-8B) electrolyzers in the modernization of aluminum smelters
AndreyA. Pinaev1, Evgeniy Yu. Radionov2, Ivan A. Orlov3, Nina V. Nemchinova4' 1
1-3 RUSAL Engineering and Technology Center LLC, Irkutsk, Russia 34Irkutsk National Research Technical University, Irkutsk, Russia
Abstract. The article aims to determine the magnetohydrodynamic parameters of an aluminum electrolyzer in order to compare different types of bus arrangements used in baths with a Soderberg anode. The electrical parameters of the electrolyzer (current distribution across blooms and anode studs) and magnetic field parameters were computed using the Blums V5.07 program (Polyfem, Russia). Data on circulation rates and skew of the metal in the electrolyzer were obtained using the MHD-Valdis program (developed by V. Boyarevich, University of Greenwich, UK). In the course of the studies, mathematical models of the C-8BM (C-8B) electrolyzer with various bus arrangements were built. Three bus arrangements were selected for testing the installation of a bridge designed to close the current distribution in the anode bus arrangement
iPolytech Journal
2024. Т. 28. № 1. С. 162-177
2024;28(1):162-177
МЕТАЛЛУРГИЯ
© Пинаев А.А., Радионов Е.Ю., Орлов И.А., Немчинова Н.В., 2024 162 _
Пинаев А.А., Радионов ЕЮ, Орлов И.А. и др. Изучение особенностей магнитогидродинамики... Pinaev A.A, Radionov E.Y, Orlov I.A, etal. Analysis ofthe magnetohydrodynamic parameters of S-8BM (S-8B)...
of the electrolyzer. These types ofbus arrangements were realized in twovarlants: with andwithout abridge. The obtained circulatien rotes and skew/./ oftlse metal were used to evaluatethe possibility ol'modethiannc. tiaths with a Sederberci anode w/ithout significant dapiltal costa When usnng the first type of bus arrangement, tac brest nrirant dis^r^ttutiod wis achieved for ttloe blooms ueith пmitsof -^"7557 A (tot the variant wv¡tlfoer a hndg^a and ~656 A (hor tlin гтЫегтгес! t/ani^urt is/|tn closed series), as well as for the anode studo having limits of -1754 Ai and п1(5/)9 5, respectively. \Лtitit the vne on tfe hi i rot bus arrangemenf varan-, the netren1f rtetribntivn gas shown to 5iightly rtectease 0)^^ /ve¡nstallat¡on of e °:(гг;\ггb^1:ur^etn the anode Inns bare The obtained results su ugess thaf in toe mli)deтni^enюh of a C-8BIW (C-8B) eioarrolazer wiht different tyues оп1 bus arrangement, ппг|глпг dlsstfibetioh across Ыoems лпл1 anoca ntuiJs, 8iagnetic ftг^лг/ characCenutics (( end EBz nomabuents), as well asclrcsBtlcn rl^1ies an2 skew offhe п/гг/в)1 nace so sgrnficart impec1 ch the et:1|^fiinnc(y of tais elentrolyzerfi wNch sounMbutec to a tester tranniton to EnoSolrelbnerg bah etliec-tr^ly^ic^ /^irhic^LJ1|: scic|))iif:nanr (economic dshts.
Keywods: ¡ьпгпогу alhminom procuctios, S-IBM (f:)rí^|^^el(^c1il1cэ:^/;^eri EcoSoderdesbi susbarei ncegnetic sFr¡^ld, dLsrrent dintinc/ip n, meta1 ^^uttor^iu:inl circulation rate, гг1^(:||^го1211з1:1сгП| mathoireiticc1 modeiing
|Ргол- cHlob; Pinaeo t:^ihc^i Radionuv E.Yun Orlav i.A^ rf1(^mclnlni^tir<r NV. Anal^s of the magnetohydrodynamiс parameters of S1-8BM (S-8B) elecfroiyzers intho modernization of oluminum smelte rs. iPolytech Journal. 2024;28(1(: ^-W. (!n FFuss.). htrds://doi.otnt10|21285t1814W520-2024f1-162-177. EEDN: ХН/^СГ^УСС.
ВВЕДЕНИЕ
Российская алюминиевая промышленность является передовой отраслью металлургии, внося существенный вклад в экономику нашей страны. Производственники и ученые проводят исследования и внедряют разработки, направленные на вовлечение в производство новых и альтернативных видов глиноземного сырья [1-4], совершенствование технологических процессов получения первичного алюминия [5-7], решение экологических проблем [8-12].
Развитие отечественной алюминиевой промышленности направлено как на модернизацию существующих производств, эксплуатирующих ванны с анодом Содерберга, так и на строительство новых заводов. В настоящее время на действующих алюминяноых наводах осуществляется перевод электроли-зерон с анодом Содербериа на ванны с пред-внрительно обожженными анодами (ОА).
Однако данный перевод требует большого количества затрат на изменение конструкций анодного и катодного узлов, ошиновки, системы газоудаления (СГУ). Поэтому до сих пор остается актуальной темой модернизация электролизеров с анодом Содерберга, которыми оснащены известные старейшие предприятия компании «РУСАЛ» (Красноярский, Братский, Иркутский, Новокузнецкий алюминиевые заводы). Согласно [13], технология электролиза с применением ванн с анодом Содерберга более привлеаателвна п точки зреник кебе-стоимости производимого алюминия.
Однако данный тип ванн не отвечает экологическим требованиям, предъявляемым в настоящее время. Поэтому на российских алюминиевых заводах запущен проект, подразумевающий глубокую модернизацию
электролизеров с анодом Содербе рва, которая включает в себя целый ряд мероприятий: Совершенствование газосборного колокола, основанное на повышении пропускной способности и улучшении аэродинамических характеристик подколокольного пространства. Для этого была увеличена площадь поперечного сечения газоходного канала и изменены секции газосборного колокола (ГСК) с трапецеидальной на параболическую (рис;. 1) [14]. За счет данного изменения удалось приблизиться к крурлой форме ГСК, что привело к отсутствию застойных зон и снижению вероятности образозапия отложений.
Рис. 1. Се чение с екции газо с борного колокола [14]: и - трапецеидальная (форма; b - параболическая форма
Fig. 1. Section of the gas collecting bell section [14]: a - trapezoidal shape; b - parabolic shape
Совершенствование системы газоудаления (рис. 2), которое заключается в замене горелочных устройств щелевого типа [15] на четыррехкупольныые системыы газоудаления. СГУ [11, 16] состоит из 4 куголов, 2 из них расположены поуолам и 2 по продольныым сторонам, между бункерами системы! автоматической подачи глинозема (АПГ). Купола _ 163
2024. Т. 28. № 1. С. 162-177_ISSN 2782-4004 (print)
2024;28(1):100-100 ISSN 2782-6341 (online)
соединены трубопроводом, по которому газы удаляются в систему организованного отсоса. Данные купола обеспечивают равномерный отвод газов из колокола, а наличие в них отверстий для подсоса воздуха - догорание анодных газов.
Рис. 2. Электролизер С-8БМ(Э), оборудованный четырехкупольной СГУ [14] Fig. 2. S-8BM(E) electrolyzer equipped with a four-dome gas removal system [14]
В совокупности все перечисленные внедренные мероприятия позволяют снизить негативное воздействие на окружающую среду вблизи алюминиевых предприятий, а также повысить экономические показатели за счет меньшего расхода электроэнергии и более высокого выхода по току5.
После модернизации на опытной группе (рис. 3) были получены следующие экологические показатели [14]:
- КПД укрытия составил 99,3%;
- среднесуточная эффективность укрытия составила 97,4%;
- выбросы в атмосферу снизились на 15%;
- снижение выбросов фтора составило 34%.
Передовая технология, разработанная
специалистами ООО «РУСАЛ Инженерно-технологический центр», дала фактически второе рождение традиционному способу производства алюминия на электролизерах с анодом Содерберга. Данный проект получил название «ЭкоСодерберг»6. Однако по факту реализации проекта модернизации были выявлены некоторые особенности, связанные с тем, что ошиновка на электролизерах с самообжигающимися анодами разного типа на различных алюминиевых заводах имеет отличительные конструкционные особенности [14, 17-20].
На примере филиала ПАО «РУСАЛ Братск» в г. Шелехов (Иркутского алюминиевого завода (ИркАЗа)) авторы при помощи математического моделирования проанализировали работу электролизеров ЭкоСодерберг при использовании на них ошиновок различных конструкций.
Рис. 3. Электролизер С-8БМ(Э), оборудованный
автоматической подачей глинозема и четырехкупольной системой газоудаления1 Fig. 3. S-8BM(E) electrolyzer equipped with an automatic alumina supply and a four-dome gas removal system1
ОПИСАНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ
Нами были построены математические модели электролизеров С-8БМ (С-8Б) с разными видами ошиновки, для дальнейшего анализа работы ванн в конструкцию вносились изменения.
Для расчетов токораспределения и магнитного поля математические модели ванн выполнялись в программе «Blums v5.07» (ООО «Полифем», Россия), прототипом которой послужила трехмерная модель расчета МГД-параметров алюминиевого электролизера [21]. Данная программа была опробована на многих типах электролизеров, в ее разработке принимали участие специалисты различных научно-исследовательских и отраслевых институтов. Современные электролизеры РА-300, РА-400 и РА-550 были разработаны в разное время и в разных версиях данной программы. Также для моделирования и выбора оптимальных магнитогидродинамических (МГД) параметров использовалась и другая программа, зарекомендовавшая себя во многих странах, - «MHD-Valdis» (разработчик В. Бояревич,университет Гринвич, Великобритания) [22, 23]. Данная программа, основанная
5ИТС 11-2022. Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям. Производство алюминия (утв. Приказом Росстандарта от 16.12.2022 № 3197).
6ЭкоСодерберг // РУСАЛ. Режим доступа: https://rusal.ru/innovation/technology/ekosoderberg/ (дата обращения: 20.09.2023).
7«РУСАЛ»: миллиардные вложения не только в производство. Режим доступа: https://prom-siberia.ru/industry/ metallurgy/rusal-milliardnye-vlozheniya-ne-tolko-v-proizvodstvo/?tdb_action=tdb_ajax (дата обращения: 20.09.2023).
Пинаев А.А., Радионов Е.Ю., Орлов И.А. и др. Изучение особенностей магнитогидродинамики... Pinaev A.A., Radionov E.Y., OrlovI.A., et al. Analysis of the magnetohydrodynamic parameters ofS-8BM (S-8B)...
на теории «мелкой воды», как и в отечественных разработках, предназначена для расчета электрических характеристик и МГД-процес-сов в алюминиевых электролизерах.
Данные программы были разработаны для изучения методом моделирования электролизеров различных типов, в том числе и электролизеров с анодом Содерберга с верхним токо-подводом. Программы зарекомендовали себя с лучшей стороны, поскольку с их помощью были разработаны и рассчитаны различные параметры (МГД-параметры, перекос металла, скорости циркуляции, плотности тока, значения тока, проходящего по шинам, температура ошиновки, распределение тока в блюмсах и анодах) таких электролизеров, как ОА-300М1, ОА-300М2, РА-167, РА-300, РА-400, РА-500.
При пострении математических моделей, а также их верификаций были приняты следующие исходные данные:
- уровень металла = 30 см;
- уровень электролита = 20 см;
- междуполюсное расстояние (МПР) = 4,5 см.
По выбранным данным были выполнены
расчеты различных ошиновок для электролизера С-8Б (С-8БМ).
Для каждого из вариантов были проведены расчеты без перемычки и перемычки с закольцованными рядами. Перемычка представляет собой шину, которая замыкает между собой ряды анодных шин и меняет токораспределе-ние и МГД-параметры (рис. 4).
Рис. 4. Анодное устройство электролизера С-8БМ (С-8Б): 1 - перемычка; 2 - анодные шины; 3 - штыри Fig. 4. S-8BM (S-8B) electrolyzer anode: 1 - bridge; 2 - anode buses; 3 - pins
В алюминиевых электролизерах, которые работают на электрическом токе, возникают мощные электромагнитные силы. Однако в конструктивных элементах электролизера эти силы не проявляются, они возникают в жидком алюминии, который является проводником тока.
При прохождении тока через проводник, вокруг него возникает магнитное поле, которое создается движущимися электрическими зарядами. Силовой характеристикой магнитного поля служит вектор магнитной индукции в, Т: _
В = + ,
где вх - горизонтальная составляющая магнитной индукции, направленная вдоль тока серии; ву - горизонтальная составляющая магнитной индукции, направленная поперек тока серии; вг - вертикальная составляющая магнитной индукции.
Компонента вх не рассматривалась в данной работе, так как ее влияние минимально для электролизеров с продольным расположением в корпусе [24].
Под воздействием электромагнитных сил форма поверхности металла изменяется, а также изменяется МПР. В результате возникает циркуляция расплава, которая может привести к замыканию подошвы анода с жидким алюминием и перекосу поверхности алюми-ния8 [25].
Ток в алюминиевых электролизерах течет в разных направлениях. Он движется вертикально: вверх и вниз по аноду и стоякам. Также ток движется горизонтально - вдоль и поперек ванны по анодным и катодным шинам, а также по блюмсам. Из-за того, что ток движется в разных направлениях, магнитная индукция в каждой точке ванны имеет сложную структуру.
МПР является переменной величиной и зависит от различных факторов: состояния подошвы анода, волнения металла, присутствия газа и угольных частиц в электролите. Фактическая плотность тока в электролите также является переменной и невозможно ею управлять напрямую. В расчетах приходится принимать плотность тока, равную анодной
8Гефтер С.Э., Евдокимов С.В., Тимченко Б.И. Исследование магнитных полей на алюминиевых электролизерах усовершенствованных конструкций различного типа и мощности. Этапы 1,2,4. Промышленные испытания. Отчет ВАМИ по теме 5-67-067. Л., 1968. 40 с.
2024. Т. 28.№ 1. С:. 162-177_ISSN 2782-4004 (print)
2024;28(1):162-177 ISSN 2782-6341 (online)
плотности тока, чтобы упростить моделирование процессов в электролизере [26].
Также было изучено двухфазное газожидкостное движение, которое возникает в электролизерах при выделении газа из-под анода [27].
Под воздействием больших объемов выходящего газа возникают сильные движения газа в междуполюсном зазоре и пространстве «борт-анод». Эти движения трудно поддаются расчету, так как они зависят от множества факторов: силы тока, физических свойств газа и жидкости, геометрии электролизера и других.
Газовая фаза под анодом может находиться в виде пузырьков или протяженных пленок, или в комбинации этих структур. Толщина пленок мало зависит от плотности тока и составляет около 5 мм для анодов Содерберга и 3-4 мм для ОА. Скорость перемещения пузырьков и пленок на подошве анода зависит от их размеров. Крупные пузыри имеют более высокую скорость перемещения, достигающую 20-25 см/с, в то время как маленькие пузыри движутся со скоростью 6-8 см/с.
Известно, что размер и скорость перемещения газовых пузырьков может влиять на процессы, происходящие в электролизере. Например, большие пузыри могут вызывать неоднородное распределение потока электролита и создавать неэффективные зоны обработки. Понимание этих процессов имеет важное значение для оптимизации работы электролизеров и повышения их эффективности7 [28].
РЕЗУЛЬТАТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ
На рис. 5-8 приведены примеры моделей расчета МГД-параметров электролизера, представленного на рис. 3.
Рис. 5. Общий вид рассчитываемой модели электролизера Fig. 5. General view of the calculated electrolysis cell model
Рис. 6. Модель для расчета МГД-параметров электролизеров - система электрических проводников Fig. 6. A model for calculating magnetohydrodynamical parameters of electrolysis cells - a system of electrical conductors
В наших исследованиях рассчитывались 3 типа ошиновки (рис. 7): 1-й - классическая 4-стоячная ошиновка «Цыплакова»8 [29], в которой глухая сторона находится ниже лицевой (рис. 7 а); 2-й - модернизированная ошиновка, в которой катодная шина располагается на 2-х уровнях для компенсации вертикальной компоненты Bz в местах максимального ее влияния, а именно в районе выходного торца (рис. 7 b); 3-я - модернизированная ошиновка, на глухой стороне которой выполнена перекоммутация по блюмсам, т.е. перераспределение подключенных блюмсов по шинам, и на лицевой стороне добавлена шина; данные изменения выполнены с целью перераспределения тока по блюмсам, снижения перепада напряжения [30-32], а, главное, снижения расхода электроэнергии (рис. 7 с).
На рис. 8 представлены модели различных типов ошиновки электролизера после проведения частичной модернизации (установки перемычки для закольцовывания рядов анодных шин).
ОБСУЖДЕНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ РАСЧЕТА
Для рассмотренных вариантов были проведены расчеты токораспределения, магнитного поля, скоростей циркуляции и перекоса металла.
На рис. 9-14 представлены результаты математического моделирования скорости циркуляции (ось Vm, м/с), перекоса металла (ось DH, м). Общие оси Х и Y отображают геометрические размеры электролизера (м).
8А.с. № 463348, СССР, С25С 3/16. Ошиновка алюминиевых электролизеров / В.П. Никифоров, В.И. Носиков, И.Г. Киль, И.К. Цыбуков, А.Н. Смородинов, А.М. Цыплаков, Н.П. Будкевич, Н.И. Выходов; заявитель и патентообладатель Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт алюминиевой, магниевой и электродной промышленности. № 1286459. Заявл. 02.12.1968; опубл. 25.11.1977. Бюл. № 43.
Пинаев А.А., Рад ионов Е.Ю., Орлов И.А. и др. Изучение особенностей магнитогидродинамики..._
Pinaev А.А., RadionovE.Y., OriovI. A., etal. Analysis cc^^hemagnetohydrodynamic parameters of S-8BM (S-8B)...
Рис. 7. Типы ошиновок в моделях: а - 1-й; b - 2-й; c - 3-й Fig. 7. Types of busbars in models: a - 1st; b - 2nd; c - 3rd
а be
Рис. 8. Типы ошиновок в моделях с закольцованными рядами: а - 1-й; b - 2-й; с - 3-й Fig. 8. Types of busbars in the models with looped rows: a - 1st; b - 2nd; c - 3rd
Как видно из рис. 9, 10, при использовании 1-го типа ошиновки зафиксирована многоконтурная система циркуляции металла с выраженным большим контуром, на данном
6 -
4 -
X
Vm
10.24 0.23 0.22 0.21 0.2
— 0.19 н 0.18
0.17 0.16 0.15
10.14 0.13 0.12 0.11 0.1 0.09 0.08 0.07 0.06 н0.05
— 0.04
■ 0.03
■ 0.02 |0.01
варианте - минимальные скорости циркуляции и статический перекос. После установки перемычки наблюдается уменьшение перекоса металла.
6 -
4 -
0 -
DH
10.02
0.015
0.01
0.005
0
i-0.005 -0.01 -0.015 -0.02 —-0.025 —-0.03
1-0.035
-0.04
-0.045
b
Рис. 9. Результаты моделирования для 1-го типа ошиновки без перемычки: a - скорости циркуляции металла; b - перекос металла Fig. 9. Simulation results for the 1st busbar type without a bridge: a - metal circulation rates; b - metal distortion
2
а
iPolytech Journal
2024. Т. 28. № 1. C- 162-177
2024;28(1):162-177
iis^N 2782-4004 (print)
ISSN 2782-6341 (online)
6 -
4-
I
Vm 0.24 0.23 0.22 0.21 0.2 0.19 0.18 0.17 0.16 0.15 0.14 0.13 0.12 0.11 0.1 0.09 0.08 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01
DH
= 0.02
- 0.015
■ 0.01
0.005
0
-0.005
-0.01
-0.015
— -0.02
— -0.025
-0.03
_ -0.035
_ -0.04
1 -0.045
b
Рис. 10. Результаты для 1-го типа ошиновки с перемычкой: a - скорости циркуляции металла; b - перекос металла Fig. 10. Results for the 1st busbar type with a bridge: a - metal circulation rates; b - metal distortion
6
4
2
0
а
При использовании 2-го типа ошиновки (см. рис. 11, 12) также получена выраженная многоконтурная система циркуляции с выраженным большим контуром, на данном варианте стати-
ческий перекос металла смещен ближе к глухой стороне электролизера. После установки перемычки наблюдается уменьшение перекоса металла и смещение зеркала к центру.
1
DH 0.02 0.015 0.01 0.005 0
-0.005
-0.01
-0.015
-0.02
-0.025
-0.03
-0.035
-0.04
-0.045
а b
Рис. 11. Результаты для 2-го типа ошиновки без перемычки:
а - скорости циркуляции металла; b - перекос металла Fig. 11. Simulation results for the 2nd busbar type without a bridge: a - metal circulation rates; b - metal distortion
Пинаев АА, радионов ЕЮ, Орлов ИЛ. и др. Изучение особенностеа магнитогидродинами8и... pinaev AA, Raclionov EY, Orlovl.A, etal. Analysis ofthe magnetohydrodynamic parameters of S-8BMI (S-8BB...
I
Vm 0.24 0.23 0.22 0.21 0.2 0.19 0.18 0.17 0.16 0.15 0.14 0.13 0.12 0.11 0.1 0.09 0.08 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01
-4 -2
VA t=989,8s X
DH
10.02
0.015
0.01
0.005
0
1-0.005
-0.01
-0.015
-0.02
-0.025
-0.03
-0.035
-0.04
-0.045
-2 0
DH t=990,0s X
а
b
Рис. 12. Результаты для 2-го типа ошиновки с перемычкой: а - скорости циркуляции металла; b - перекос металла Fig. 12. Results for the 2nd busbar type with a bridge: a - metal circulation rates; b - metal distortion
6 -
4-
Vm
0.24
- 0.23
- 0.22
■ 0.21
0.2
0.19
0.18
0.17
— 0.16
0.15
0.14
0.13
0.12
0.11
0.1
— 0.09
— 0.08
— 0.07
— 0.06
— 0.05
— 0.04
- 0.03
0.02
1 0.01
-4 -2 0
VA t=989,8s X
DH
10.02
0.015
0.01
0.005
0
1-0.005
-0.01
-0.015
-0.02
-0.025
-0.03
-0.035
-0.04
-0.045
-4 -2 0
DH t=990,0s X
а
b
Рис. 13. Результаты для 3-го типа ошиновки без перемычки:
а - скорости циркуляции; b - перекос металла Fig. 13. Simulation results for the 3rd busbar type without a bridge: a - circulation rates; b - metal distortion
6
6
4
4
2
2
0
0
6
4
2
0
2
4
2
4
При использовании 3-го типа ошиновки, согласно данным моделирования (см. рис. 13, 14), в металле преобладают самые большие скорости циркуляции со смещением зеркала металла к глухой стороне.
Для всех вариантов ошиновки характерна многоконтурная система циркуляции катодного металла с преобладанием одного большого контура по центру электролизера. Области с максимальными скоростями циркуляции на-
2024t. Т. 28. № 1. С. 162-177_ISSN 2782-4004 (print)
2024;28(1):100-100 ISSN 2782-6342 (online)
Рис. 14. Результаты для 3 типа ошиновки с перемычкой: а - скорости циркуляции; b - перекос металла Fig. 14. Results for the 3rd busbar type with a bridge: a - circulation rates; b - metal distortion
ходятся ближе к периферии ванны в районе анодных стояков. Форма статического перекоса металла имеет ярко выраженный так называемый «пинч-эффект» [33].
На 2-м и 3-м вариантах ошиновок ванн с анодом Содерберга область максимального перекоса металла имеет смещение ближе к продольной левой по ходу тока (глухой) стороне электролизера. Такое смещение характерно в большей степени для ванн, имеющих
двуярусную конструкцию катодной ошиновки.
При установке перемычки, которая закольцует между собой ряды анодной ошиновки, снижается перекос металла и уменьшается смещение зеркала от продольной стороны, а также уменьшаются скорости циркуляции металла.
Рассмотренные параметры магнитного поля для 3 вариантов электролизеров, работающих с перемычкой и без, сведены в таблицу.
Рассчитанные данные для 1, 2 и 3 типа ошиновки без перемычки и с перемычкой Calculated data for the 1st, 2nd an d 3rd busbartypes wit h and without a bridge
Магнитные поля, В
1 тип 2 тип 3 тип
Показатель Единицы измеренея Без перемычки С перемычкой Без перемынки С перемычкой Без перемычки С перемычкой
min мТ -15,Н1 -И П, 32 -15,И4 -15,94 -14,55 -П4,57
max мТ 19,33 19,33 18,43 18,48 17,57 17,57
Диапазон мТ 4,029 4 2,548 2,54 3,02 3
Среднее значение мТ 0,15 0,1 -0,1^1 -0,18 -0,2 -0,25
Среднее значение по модулю мТ 6,23 6,23 6,3 6,3 6 6
Магнитные поля, Bz
min мТ -15,34 -1Н,27 -15,24 -15,12 -17,16 -17,09
max мТ 17,13 17,33 16,33 16,7 17,8 17,75
Диапазон мТ 1,78 1,81 1,146 1,58 0,64 0,66
Среднее значение мТ 1,78 1,71 1,82 1,77 1,71 1,66
Среднее значение по модулю мТ 4,49 4,44 4,35 4,31 4,62 4,57
Пинаев А.А,, Радионов Е.Ю,, Орлов И./А. и др. Изучение особенностей магнитогидродинамики... Pinaev A.A,, Radionov E.Y, Orlov I. A, et al. A nalysis of the magnetohydrodynamic parameters ofS-8BM (S-8B)...
В таблице представлены следующие показатели магнитного поля: максимальные, минимальные значения компоненты Ву магнитного поля, диапазон, среднее значение и среднее значение измеряемых величин по модулю. Для компоненты магнитного поля Ву диапазон значений минимален для 1-го и 3-го типов ошиновки, для 2-го - не изменяется. Для компоненты Вг установка перемычки улучшает средние значения, а на диапазон влияет минимально. Таким образом, характеристики магнитного поля имеют незначительную разницу для представленных вариантов, следовательно, установка перемычки не окажет негативного влияния на работу электролизной ванны.
При использовании на электролизере 1-го типа ошиновки (рис. 15, 16) достигнуты
наилучшие значения распределения тока по блюмсам с диапазонами (интервалами между максимальным и минимальным значениями), составляющими ~757 А (от 5277,42 до 6034,27) для варианта без перемычки и ~656 А (от 5330,45 до 5986,1) для модернизированного варианта с замкнутыми рядами, и по анодным штырям с диапазонами ~1754 А (от 1770 до 3524) и ~1609 А (от 1836 до 3445) соответственно.
На рис. 17 и 18 представлены результаты моделирования с использованием 2-го типа ошиновки на ванне, где наблюдается худшее токораспределение по анодным штырям: диапазон составляет ~1953 А (от 1722 до 3675) и ~1820 А (от 1759 до 3579) для вариантов без перемычки и с ней соответственно.
а Ь
Рис. 15. Рассчитанное токораспределение с использованием 1-го типа ошиновки (без перемычки):
а - по блюмсам; b - по анодным штырям Fig. 15. Calculated current distribution using the 1st busbar type (without a bridge): a - by blums; b - by anode pins
I, A 6000
5800
Токи блюмсов
ИинниальиаБннаавннв 5330.45 Мэксимапьнааэначаона 5985.10 Днала»в1а655.Н ■■ ад - -11 ■> . и/. • I . и с... правая страна 50 ЗЗК.паааа стпронэаэгг1»
6 8 10 Номера секций
I Правая сторона | Левая сторона
Токи анодов
Минимальное значен не 19SS.84 Максимальнее значение 3444.56 Диапазон 1608.71 Среднем, отклонение 360.25
8 10 12 Номера секций
Ь
Рис. 16. Рассчитанное токораспределение по 1 типу ошиновки с закольцованными рядами:
а - по блюмсам; b - по анодным штырям Fig. 16. Calculated current distribution using the 1st busbar type with looped rows: a - by blums; b - by anode pins
а
https://ipolytech.elpub.ru
171
iPolytech Journal
20241. Т. 28. № 1. С. 162-177
ISSN 2782-4004 (print)
2024;28(1):162-177
ISSN 2782-6341 (online)
а b
Рис. 17. Рассчитанное токораспределение с использованием 2-го типа ошиновки (без перемычки):
а - по блюмсам; b - по анодным штырям Fig. 17. Calculated current distribution using the 2nd busbar type (without a bridge): a - by blums; b - by anode pins
Номера секций
а
Номера секций b
Рис. 18. Рассчитанное токораспределение по 2 типу ошиновки с закольцованными рядами:
а - по блюмсам; b - по анодным штырям Fig. 18. Calculated current distribution using the 2nd busbar type with looped rows: a - by blums; b - by anode pins
При использовании 3-го типа ошиновки (рис. 19, 20) наблюдается наихудшее распределение тока по блюмсам, интервалы которого составляют 2026 А (от 5003 до 7029) для варианта без перемычки и 2046 А (от 5040
до 7086) для модификации с закольцованными рядами. Также это единственный вариант ошиновки, на котором незначительно ухудшается токораспределение после установки перемычки между анодными шинами.
Токи блюмсов
BLgjMS
I Правая сторона 2000 | Левая сторона
BL[I|MS
Номера секций
а
Номера секций
b
172
Рис. 19. Рассчитанное токораспределение с использованием 3-го типа ошиновки (без перемычки):
а - по блюмсам; b - по анодным штырям Fig. 19. Calculated current distribution using the 3rd busbar type (without a bridge): a - by blums; b - by anode pins
- https://ipolytech.elpub.ru
Пинаев А.А. , Радиоюв EJOo (Орлов ИА U ÊBi ИУЧОНе тОПНОСГО _
Pinaev A.A., Radionov E.Y., Orlov I.A., et al. Analysis of the magnetohydrodynamic parameters of S-8BM (S-8B)...
BLjgMS
I, A 7200
6800
6400
6000
Токи
«417.52 Ha№U
860« Диапазон 2046 09
5600 5200
Ы
1
Mil И И ПК I
I 'Правая сторона I Левая сторона
1, A 3600 3200 2800 2400 2000 — Токи анодов нэиенме 1437.1 а Нэ.ошальнеэ значение 3430.10 Диапазон 1S92 BÎ
■ 1-Й ряд ■ 2-й ряд ■ 3-й ряд ■ 4-й ряд 0
0 2 4 6 S 10 12 14 16 18 2
Номера секций
а
Номера секций
Ь
Рис. 20. Рассчитанное токораспределение по 3 типу ошиновки с закольцованными рядами:
а - по блюмсам; b - по анодным штырям Fig. 20. Calculated current distribution using the 3rd busbar type with looped rows: a - by blums; b - by anode pins
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Проект «ЭкоСодерберг» занимает ключевое место в компании по модернизации электролизеров с самообжигающимися анодами. Благодаря замене ванн типа С-8БМ (С-8Б) на ЭкоСодерберг удается снизить экологическую нагрузку на окружающую среду за счет повышения КПД укрытия и уменьшения выбросов вредных веществ в атмосферу.
При изучении особенностей магнитогидродинамики было проведено математическое моделирование электролизеров С-8БМ для выявления особенностей в работе при использовании ошиновки 3-х разных типов.
Показано, что на электролизере с 1-м типом ошиновки достигается лучшее токорас-пределение по блюмсам с диапазонами ~757 А (для варианта без перемычки) и ~656 А (для модернизированного варианта с замкнутыми рядами), а также анодным штырям с диапазонами ~1754 А и ~1609 А соответственно.
При использовании 2-го типа ошиновки математическое моделирование показало, что
наблюдается худшее токораспределение по анодным штырям: диапазон составляет ~1953 А и ~1820 А для вариантов без перемычки и с ней.
При использовании 3-го типа ошиновки наблюдается наихудшее распределение тока по блюмсам, интервалы которого составляют 2026 А (для варианта без перемычки) и 2046 А (для модификации с закольцованными рядами). Также это единственный вариант ошиновки, на котором незначительно ухудшается то-кораспределение после установки перемычки между анодными шинами.
Таким образом, можно сделать вывод, что на 1-м типе ошиновки наблюдается более равномерное токораспределение и выравненные скорости циркуляции и перекос металла, на 3-м типе - более скомпенсированное магнитное поле. Полученные результаты незначительно отличаются друг от друга, что позволяет вносить конструкционные изменения на все виды предлагаемых типов ошиновки при модернизации электролизеров типа С-8Б и С-8БМ на ЭкоСодерберг.
Список источников
1. Shoppert A., Valeev D., Loginova I. Novel method of bauxite treatment using e|ectroreductive Bayer process // Metals. 2023. Vol. 13. Iss. 9. P. 1502. https://doi.org/10.3390/met13091502.
2. Шепдрев И.И. , Горов ных Н.В., Сахачдд °.Ю., Жижа.в AM Котрягин AIT Улучшен.. качества спдка извдст-няково-ндфдриндвой шихтыы пуедм ввода в нее гипсоангидритово го техногенного 2ырья // Вестник Иркутс2ого государственного технического унивдрситдта. 2018. Т. 22. № 5. С. 225-239. https://doi.org/10.21285/1814-3520-2018-5-2eЧ-239. 0DN: XPSDUL.
3. Алддсандров АВ., Немчиновн НЮ. ^ргияндр мом^арру харакодристик спдка на извр дчднид гринозома при пдрдработке ндф дриновых руд // Вестник ЮУр|~У. Серия: метаррургия. 2°22. Т 22 № 4 С. 2"l-3°. hittpisVAdoL org/10.14529/met220403. EDN GEQNXN.
4. Dubovikov O.A., Bric hlkin V.N., Ris A.D., Sundurov A.V. Thermochem.cal activatios of hydrated ciluminos;ilic;ates and its importancefor alumina production // Non-ferrous Metals. 2018. No. 2. Р. 11-16. https://doi.org/10.17580/nfm.2018.02.02. EDN: VAYILV.
ISSN 2782-4004 (print) ISSN 2782-6341 (online)
5. Mann V., Buzunov V., Pitertsev N., Chesnyak V., Polyakov P. Reduction in power consumption at UC RUSAL's Smelters 2012-2014 // Light Metals / eds. M. Huland. Cham: Springer, 2015. Р. 757-762. https://doi.org/10.1007/978-3-319-48248-4_128. EDN: VADMNZ.
6. Григорьев В.Г, Тепикин С.В., Кузаков А.А., Пьянкин А.П., Тимкина Е.В., Пинаев А.А. Автоматическая подача сырья в производстве алюминия // Вестник Горно-металлургической секции Российской академии естественных наук. Отделение металлургии. 2017. № 39. С. 97-104. EDN: YVARCO.
7. Радионов Е.Ю., Немчинова Н.В., Третьяков Я.А. Моделирование магнитогидродинамических процессов в электролизерах при получении первичного алюминия // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2015. № 7. С. 112-120. EDN: UBLOMB.
8. Mann V., Buzunov V., Pingin V., Zherdev A., Grigoriev V. Environmental aspects of UC RUSAL's aluminum smelters sustainable development // Light Metals / eds. C. Chesonis. Cham: Springer, 2019. P. 553-563. https://doi.org/10.1007/978-3-030-05864-7_70. EDN: SIHUYY.
9. Buzunov V., Mann V., Chichuk E., Frizorger V., Pinaev A., Nikitin E. The first results of the industrial application of the EcoSoderberg technology at the Krasnoyarsk aluminium smelter // Light metals / eds. B.A. Sadler. Cham: Springer, 2013. Р. 573-576. https://doi.org/10.1002/9781118663189.ch98. EDN: XXNZDN.
10. Nemchinova N.V., Barauskas A.E., Tyutrin A.A., Vologin V.S. Processing finely dispersed technogenic raw materials for aluminum production in order to extract valuable components // Russian Journal of Non-Ferrous Metals. 2021. Vol. 62. P. 659-667. https://doi.org/10.3103/S1067821221060158. EDN: RHWKMQ.
11. Фризоргер В.К., Шадрин В.Г, Пузин А.В., Виноградов А.М., Аникин В.В., Моренко А.В. [и др.]. Совершенствование системы удаления газов на электролизерах экологического Содерберга // Алюминий Сибири: сб. науч. статей XVIII Междунар. конф. (г. Красноярск, 5-7 сентября 2012 г.). Красноярск: Версо, 2012. С. 408-415.
12. Зенкин Е.Ю., Гавриленко А.А., Немчинова Н.В. О переработке отходов производства первичного алюминия ОАО «РУСАЛ БРАТСК» // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2017. Т. 21. № 3. С. 123-132. https://doi.org/10.21285/1814-3520-2017-3-123-132. EDN: YHPQYD.
13. Чалых В.И., Немчинова Н.В., Аюшин Б.И., Богданов Ю.В. Технико-экономическое сравнение электролизеров с обожженными анодами и самообжигающимися анодами и верхним токоподводом // Известия вузов. Цветная металлургия. 2005. № 2. С. 21-26. EDN: JVUCFH.
14. Виноградов А.М., Пинаев А.А., Виноградов Д.А., Пузин А.В., Шадрин В.Г, Зорько Н.В. [и др.]. Повышение эффективности укрытия электролизеров Содерберга // Известия вузов. Цветная металлургия. 2017. № 1. C. 19-30. https://doi.org/10.17073/0021-3438-2017-1-19-30. EDN: XWTXTX
15. Куликов Б.П., Сторожев Ю.И. Пылегазовые выбросы алюминиевых электролизеров с самообжигающимися анодами. Красноярск: Сибирский федеральный университет, 2012. 268 с. EDN: SUPCCH.
16. Пат. № 2443804, Российская Федерация, C25C 3/22. Устройство для сбора и удаления газов из алюминиевого электролизера Содерберга / ТВ. Архипов, В.Х. Манн, В.В. Пингин, В.К. Фризоргер, Я.А. Третьяков, А.Г Архипов, В.Г Шадрин; заявитель и патентообладатель Общество с ограниченной ответственностью «Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр». № 2010141366/02. Заявл. 08.10.2010; опубл. 27.02.2012. Бюл. № 6.
17. Немчинова Н.В., Радионов Е.Ю., Сомов В.В. Исследование влияния формы рабочего пространства на МГД-па-раметры работы электролизера производства алюминия // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2019. Т. 23. № 1. С. 169-178. https://doi.org/10.21285/1814-3520-2019-1-169-178. EDN: YYBIOT.
18. Пат. № 2516415, Российская Федерация, С25 С3/16 Способ замены четырехстоячной ошиновки на трехсто-ячную в алюминиевом электролизере Содерберга / В.В. Пингин, В.В. Платонов, Е.Ю. Радионов, Я.А. Третьяков; заявитель и патентообладатель оОо «Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр». № 2012149277. Заявл. 19.11.2012; опубл. 20.05.2014. Бюл. № 13.
19. Пат. № 2505626, Российская Федерация, C25C 3/16. Ошиновка электролизера для получения алюминия / В.В. Пингин, В.В. Платонов, Е.Ю. Радионов; заявитель и патентообладатель ООО «Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр». № 2012145698/02. Заявл. 25.10.2012; опубл. 27.01.2014. Бюл. № 6.
20. Радионов Е.Ю. Расчет магнитогидродинамических параметров работы электролизеров с различным типом катодного кожуха // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2020. С. 684-693. https:// doi. org/10.21285/1814-3520-2020-3-684-693. EDN: LRHDLJ.
21. Деркач А.С., Скворцов А.П., Цибуков И.К., Шрамко В.А. Калимов А.Г, Сведенцев М.Л. Трехмерная модель расчета МГД-параметров алюминиевого электролизера // Цветные металлы. 2000. № 1. С. 30-34.
22. Bojarevics V. MHD of aluminium cells with the effect of channels and cathode perturbation elements // Light metals / eds. B.A. Sadler. Cham: Springer, 2013. Р. 609-614. https://doi.org/10.1007/978-3-319-65136-1_104.
23. Бояревич В.В., Калис Х.Э., Миллере Р.П., Пагодина И.Э. Математическая модель для расчета параметров алюминиевого электролизера // Цветные металлы. 1988. № 7. С. 63-66.
24. Крюковский В.А., Миневич Л.И. Применение математического моделирования в оптимизации магнитных полей электролизеров // Цветные металлы. 1996. № 6. С. 40-42.
25. Меерович Э.А. Магнитное поле и электродинамические силы в зоне расплава мощных электролизеров алюминия. М.: Изд. АН СССР, 1962. 124 с.
26. Пингин В.В. Исследование теплоэлектрических и магнитогидродинамических явлений в электролизерах // Алюминий Сибири-96: сб. тр. Междунар. научного семинара (г. Красноярск, сентябрь 1997 г.). Красноярск: Сибирский федеральный университет, 1997. 315 с.
iPolytech Journal
2024. Т. 28. № 1. С. 162-177
2024;28(1):162-177
Пинаев А.А., Радионов Е.Ю., Орлов И.А. и др. Изучение особенностей магнитогидродинамики.
Pinaev A.A., Radionov E.Y., Orlov I.A., еt al. Analysis hf the mgnaethenyohynagmic parameters hf S-BBM (S-BB)...
27. Бегунов А.И. Газогидродинамика и потери металла в алюминиевых электролизерах. Иркутск: Иркутский ун-т, 1992. 286 с.
28. Fraser K.J., Billinghurst D., Chen K.L., Keniry J.T. Some application of mathematical modelling of electric current distributions in Hall-Heroult cells // Light Metals. Cham: Springer, 1989. Р. 219-226.
29. Пингин В.В., Третьяков Я.А., Радионов Е.Ю., Немчинова Н.В. Перспективы модернизации ошиновки электролизера С-8БМ (С-8Б) // Цветные металлы. 2016. № 3. С. 35-41. https://doi.org/10.17580/tsm.2016.03.06. EDN: WBFSDP.
30. Кирко В.И., Галемов Т.Т., Петров А.М. Соединение алюминиевых деталей ошиновки электролизера «гибкий катодный спуск - катодная шина» // Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Техника и технология. 2013. Т. 6. № 5. С. 534-542. EDN: RAQRXV.
31. Пат. № 2295589, Российская Федерация, С25С 3/06, С25С 3/16. Ошиновка алюминиевых электролизеров / В.В. Васильевич, Ю.В. Богданов, Б.И. Аюшин, Л.В. Рагозин, Ю.В. Шемет, А.М. Надточий, О.М. Сапожников, А.В. Ермаков; заявитель и патентообладатель Открытое акционерное общество «Сибирский научно-исследовательский, конструкторский и проектный институт алюминиевой и электродной промышленности» (ОАО «Сиб-ВАМИ»). № 2005129387. Заявл. 20.09.2005; опубл. 20.03.2007. Бюл. № 8.
32. Пат. № 2682507, Российская Федерация, С25С 3/12. Способ снижения контактного напряжения в алюминиевом электролизере / П.В. Поляков, С.Г Шахрай, И.И. Пузанов, Ю.Г Михалев, А.В. Завадяк, В.А. Крюковский, Ю.Н. Попов, А.А. Поляков, А.С. Ясинский; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Сибирский федеральный университет». № 2018101004. Заявл. 10.01.2018; опубл. 19.03.2019. Бюл. № 8.
33. Троицкий О.А. Электропластический эффект в металлах // Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2018. № 9. С. 65-76. https://doi.org/10.32339/0135-5910-2018-9-65-76. EDN: UZUIHY.
References
1. Shoppert A., Valeev D., Loginova I. Novel method of bauxite treatment using electroreductive Bayer process. Metals. 2023;13(9):1502. https://doi.org/10.3390/met13091502.
2. Shepelev I.I., Golovnykh N.V., Sakhachev A.Yu., Zhyzhaev A.M., Kotlyagin A.G. Improving limestone-nepheline charge sinter quality by gypsum anhydrate technogenic raw material introduction. Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta = Proceedings of Irkutsk State Technical University. 2018;22(5):225-239. (In Russ.). https://doi.org/10.21285/1814-3520-2018-5-225-239. EDN: XPSDUL.
3. AleksandrovA.V., Nemchinova N.V. Impact of modular sinter characteristics on the extraction of alumina when processing nepheline ores. Vestnik Yuzhno Ural'skogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Metallurgia = Bulletin of the South Ural state University. Series: Metallurgy 2022;22(4):21-30. (In Russ.). https://doi.org/10.14529/met220403. EDN: XPSDUL.
4. Dubovikov O.A., Brichkin V.N., Ris A.D., Sundurov A.V. Thermochemical activation of hydrated aluminosilicates and its importance for alumina production. Non-ferrous Metals. 2018;2:11-16. https://doi.org/10.17580/nfm.2018.02.02. EDN: VAYILV.
5. Mann V., Buzunov V., Pitertsev N., Chesnyak V., Polyakov P. Reduction in power consumption at UC RUSAL's smelters 2012-2014. In: Huland M. (eds.). Light Metals. Cham: Springer; 2015, p. 757-762. https://doi.org/10.1007/978-3-319-48248-4_128. EDN: VADMNZ.
6. Grigoriev V.G., Tepikin S.V., Kuzakov A.A., Pyankin A.P., Timkina E.V., Pinaev A.A. Automatic feed of raw materials in aluminum production. Vestnik Gorno-metallurgicheskoj sekcii Rossijskoj akademii estestvennyh nauk. Otdelenie metallurgii. 2017;39:97-104. (In Russ.). EDN: YVARCO.
7. Radionov E.Yu., Nemchinova N.V., Tretiakov Ya.A. Magnetohydrodynamic processes modeling in electrolyzers at primary aluminum production. Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta = Proceedings of Irkutsk State Technical University 2015;7:112-120. (In Russ.). EDN: UBLOMB.
8. Mann V., Buzunov V., Pingin V., Zherdev A., Grigoriev V. Environmental aspects of UC RUSAL's aluminum smelters sustainable development. In: Chesonis C. (eds.). Light Metals. Cham: Springer; 2019, p. 553-563. https://doi. org/10.1007/978-3-030-05864-7_70. EDN: SIHUYY.
9. Buzunov V., Mann V., Chichuk E., Frizorger V., Pinaev A., Nikitin E. The first results of the industrial application of the EcoSoderberg technology at the Krasnoyarsk aluminium smelter. In: Sadler B.A (eds.). Light Metals. Cham: Springer; 2013, p. 573-576. https://doi.org/10.1002/9781118663189.ch98. EDN: XXNZDN.
10. Nemchinova N.V., Barauskas A.E., Tyutrin A.A., Vologin V.S. Processing finely dispersed technogenic raw materials for aluminum production in order to extract valuable components. Russian Journal of Non-Ferrous Metals. 2021;62:659-667. https://doi.org/10.3103/S1067821221060158. EDN: RHWKMQ.
11. Frizorger V.K., Shadrin V.G., Puzin A.V., Vinogradov A.M., Anikin V.V., Morenko A.V., et al. Improving a gas removal system at ecological Soderbergh electrolyzers. In: Alyuminij Sibiri: sbornik nauchnyh statej XVIII Mezhdunarodnoj konferencii = Aluminum of Siberia: collected scientific articles of the 18th International Conference. 5-7 September 2012, Krasnoyarsk. Krasnoyarsk: Verso; 2012, p. 408-415. (In Russ.).
12. Zenkin E.Yu., Gavrilenko A.A., Nemchinova N.V. On «RUSAL Bratsk» JSC primary aluminum production waste recycling. Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta = Proceedings of Irkutsk State Technical University 2017;21(3):123-132. (In Russ.). https://doi.org/10.21285/1814-3520-2017-3-123-132. EDN: YHPQYD.
13. Chalykh V.I., Nemchinova N.V., Ayushin B.I., Bogdanov Yu.V. Technical and economic comparison of electrolyzers with baked anodes and self-baking anodes and upper current carrier. Izvestiya Vuzov. Tsvetnaya Metallurgiya = Izvestiya. NonFerrous Metallurgy 2005;2:21-26. (In Russ.). EDN: JVUCFH.
iPolytech Journal
2024. Т. 28. № 1. С. 162-177
ISSN 2782-4004 (print)
2024;28(1):162-177
ISSN 2782-6341 (online)
14. Vinogradov A.M., Pinaev A.A., Vinogradov D.A., Puzin A.V., Shadrin V.G., Zor'ko N.V., et al. Increasing covering efficiency of Soderberg cells. Izvestiya Vuzov. Tsvetnaya Metallurgiya = Izvestiya. Non-Ferrous Metallurgy. 2017;1:19-30. (In Russ.). https://doi.org/10.17073/0021-3438-2017-1-19-30. EDN: XWTXTX.
15. Kulikov B.P., StorozhevYu.I. Dust and gas emissions from aluminum electrolyzers with self-baking anodes. Krasnoyarsk: Siberian Federal University; 2012, 268 р. (In Russ.). EDN: SUPCCH.
16. Arkhipov G.V., Mann V.H., Pingin V.V., Frizorger V.K., Tretyakov Ya.A., Arkhipov A.G., Shadrin V.G. Device for gas collection and removal from Soderbergh aluminum electrolyzers. Patent RF, no. 2443804; 2012. (In Russ.).
17. Nemchinova N.V., Radionov E.Yu., Somov V.V. Studying working space shape effect on electrolyzer MHD parameters at aluminum production. Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta = Proceedings of Irkutsk State Technical University. 2019;23(1):169-178. https://doi.org/10.21285/1814-3520-2019-1-169-178. EDN: YYBIOT.
18. Pingin V.V., Platonov V.V., Radionov E.Yu., Tret'yakov Ya.A. Method of replacing a four-pin busbar with a three-pin one in an aluminum Soderberg electrolyzer. Patent RF, no. 2516415; 2014. (In Russ.).
19. Pingin V.V., Platonov V.V., Radionov E.Yu. Electrolyzer busbar for aluminum production. Patent RF, no. 2505626;2014. (In Russ.).
20. Radionov E.Yu. Calculation of magnetohydrodynamic electrolyser parameters with various types of cathode shell. Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta = Proceedings of Irkutsk State Technical University. 2020;24(3):684-693 P. (In Russ.). https://doi.org/10.21285/1814-3520-2020-3-684-693. EDN: LRHDLJ.
21. Derkach A.S., Skvortsov A.P., Tsibukov I.K., Shramko V.A. Kalimov A.G., Swedentsev M.L. A three-dimensional model for calculating aluminum electrolyzer MHD parameters. Tsvetnye Metally. 2000;1:30-34. (In Russ.).
22. Bojarevics V. MHD of aluminium cells with the effect of channels and cathode perturbation elements. In: Chesonis C. (eds.). Light Metals. Cham: Springer; 2013, р. 609-614. https://doi.org/10.1007/978-3-319-65136-1_104.
23. Boyarevich V.V., Kalis H.E., Miller R.P., Pagodina I.E. A mathematical model for calculating the parameters of an aluminum electrolyzer. Tsvetnye Metally. 1988;7:63-66.
24. Kryukovsky V.A., Minevich L.I. Using mathematical modeling in electrolyzer magnetic field optimization. Tsvetnye Metally. 1996;6:40-42. (In Russ.).
25. Meerovich E.A. Magnetic field and electrodynamic forces in the melt zone of high-power aluminum electrolyzers. Moscow: Publishing House of the USSR Academy of Sciences; 1962, 124 р. (In Russ.).
26. Pingin V.V. Study of thermoelectric and magnetohydrodynamic phenomena in electrolyzers. In: Aluminum of Siberia-96: proceedings of the International Scientific Seminar. September 1997, Krasnoyarsk. Krasnoyarsk: Siberian Federal University; 1997, 315 р. (In Russ.).
27. Begunov A.I. Gasohydrodynamics and metal losses in aluminium electrolytic cells. Irkutsk: Irkutsk State Technical University; 1992, 286 р. (In Russ.).
28. Fraser K.J., Billinghurst D., Chen K.L., Keniry J.T. Some аpplication of mathematical modelling of electric current distributions in Hall-Heroult cells. In: Light Metals. Cham: Springer; 1989, р. 219-226.
29. Pingin V.V., Tretyakov Ya.A., Radionov E.Yu., Nemchinova N.V. Modernization prospects for the bus arrangement of electrolyzer S-8BM (S-8B). Tsvetnye Metally. 2016;3:35-41. (In Russ.). https://doi.org/10.17580/tsm.2016.03.06. EDN: WBFSDP.
30. Kirko V.I., Galemov Т.Т., Petrov A.M. Aluminum busbar connection parts of the cell «Flexible cathode descent -cathode bus». Zhurnal Sibirskogo federal'nogo universiteta. Seriya: Tekhnika i tekhnologii = Journal of Siberian Federal University. Engineering and Technologies. 2013;6(5):534-542. (In Russ.). EDN: RAQRXV.
31. Vasilyevich V.V., Bogdanov Yu.V., Ayushin B.I., Ragozin L.V., Shemet Yu.V., Nadtochiy A.M., Sapozhnikov O.M., Ermakov A.V. Busbar arrangement of aluminum electrolyzers. Patent RF, no. 2295589; 2007. (In Russ.).
32. Polyakov P.V., Shakhray S.G., Puzanov I.I., Mikhalev Yu.G., ZavadyakA.V., Kryukovsky V.A., Popov Yu.N., PolyakovA.A., Yasinsky A.S. A method to reduce contact voltage in an aluminum electrolyzer. Patent RF, no. 2682507; 2019. (In Russ.).
33. Troitskiy O.A. Electroplastic effect in metals. Chernaya metallurgiya. Byulleten' nauchno-tekhnicheskoj i ekonomicheskoj informacii = Bulletin of scientific, technical and economic information. 2018;9:65-76. (In Russ.). https://doi.org/10.32339/0135-5910-2018-9-65-76. EDN: UZUIHY.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Пинаев Андрей Александрович,
заместитель директора
по природоохранным технологиям,
ООО «РУСАЛ Инженерно-технологический центр»,
660111, г. Красноярск, ул. Пограничников, 37/1, Россия
Andrey A. Pinaev,
Deputy Director
for Environmental technologies,
RUSAL Engineering and Technology Center LLC,
37/1, Pogranichnikov St., Krasnoyarsk 660111, Russia
Радионов Евгений Юрьевич,
кандидат технических наук, начальник отдела разработки ошиновки и измерений,
ООО «РУСАЛ Инженерно-технологический центр», 660111, г. Красноярск, ул. Пограничников, 37/1, Россия [email protected]
Evgeniy Yu. Radionov,
Cand. Sci. (Eng.),
Head of the Busbars and Measurements Development Department,
RUSAL Engineering and Technology Center LLC, 37/1, Pogranichnikov St., Krasnoyarsk 660111, Russia [email protected]
Пинаев А.А.,РадионовЕ.Ю.,Орлов И.А.идр.Изучение особенностей магнитогидродинамики... PinaevA.A, RadionovE.Y., Orlovl.A., et al. Analysis ofthe magnetohydrodynamic parameters ofS-8BM (S-8B)...
Орлов Иван Александрович,
менеджер отдела разработки ошиновки и измерений,
ООО «РУСАЛ Инженерно-технологический центр», (3(30111, г. Красноярск, ул. Пограничников, 371, Россия магистрант,
Иркутстин национальный исследовательски й
технический унови|еснтет,
664074, г. Иркутск, ул. Лармонтова, 83, Россия
fainafaina26т@gmaiLcom
Немчинова Нина Владимировна,
д.т.н., профессор,
заведующая кафедрой металлургии цветных металлов,
Иркутский национальный исследовательский
технический уновиеснтет,
664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83, Россия
И птауп@уапйех,ш
http://orcid.org/0000-0001-9895c1709
Ivan A. Orlov,
Manager ofthe Busbars and Measurements Development Department ,
DUSAL Engineering and Technology Center LLC,
37/1, F3oc|r£jnicl'inilcc3v S>t., Krasnoyarsk 660111, Russia;
Master's Degree Student,
Irkutsk NN ational Research Technical University,
83, Lermantov St., Irkutsk 664074, Runsie
fa i n afa i n a262@g ma i l. co m
Nina V. Nemchinova,
Dr. Sci. (Eng.), Pnofessor,
Head ofthe Department of Non-Ferrous
Metals Metallurgy,
Irkutsk Mational Research Technical University, 83, LermantovSt., Irkutsk 664074, Runsie H [email protected] htt p://orcid. org/0000-0001-9895-1709
Вклад авторов
Пинаев А.А. осуществлял руководство исследованиями. Радионов Е.Ю. предложил идею для исследований, руководил моделированием и вводом исходных данных для моделирования, обобщил полученные результаты, сделал выводы. Орлов И.А. выполнил подбор исходных данных для моделирования, литературных источников по тематике исследования и провел с помощью компьютерных программ моделирование электролизеров с различными видами ошиновок. Немчинова Н.В. осуществила подбор литературных источников по тематике исследования и провела общее редактирование текста рукописи.
Конфликт интересов
Немчинова Нина Владимировна является членом редакционной коллегии журнала «iPolytech Journal» с 2000 года, но не имеет отношения к решению опубликовать эту статью. Статья прошла принятую в журнале процедуру рецензирования. Об иных конфликтах авторы не заявляли.
Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.
Информация о статье
Статья поступила в редакцию 20.01.2024 г.; одобрена после рецензирования 15.02.2024 г.; принята к публикации 20.02.2024 г.
Contribution of the authors
Pinaev A.A. supervised the research. Radionov E.Yu. put forward an idea for research, supervised the modeling and input of initial modeling data, summarized the results obtained and derived conclusions. Orlov I .A. selected initial modeling data, literary sources on the research topic, carried out computer modeling of electrolyzers with various types of busbars. Nemchinova N.V. selected literary sources on the research topic and performed general editing of the manuscript.
Conflict of interests
Nina V. Nemchinova has been a member of the iPolytech Journal Editorial Board since 2000, but she was not involved in making decision about accepting the present article for publication. The article was subjected the Journal's review procedure. The authors did not report any other conflicts of interest.
The final manuscript has been read and approved by ail the co-authors.
Information about the article
The article was submitted 20.01.2024 r.; approved after reviewing 15.02.2024 r.; accepted for publication 20.02.2024 r.
