УДК 669.711
Петров Павло Андрійович
Національний мінерально-сировинної університет «Гірський» (Гірничий університет)
кандидат технічних наук, доцент кафедри автоматизації технологічних процесів і виробництв
анотація
У даній статті описується методика дослідження температури кристалізації розплаву глинозему і кріоліту для отримання алюмінію методом однієї нагрівається термопари.Наведено робота установки, процес проведення експериментів з різними швидкостями охолодження розплаву.Наведено аналіз результатів дослідження і зроблені висновки.
Ключові слова: алюміній , глинозем , крива охолодження , кріоліт , кристалізація , розплав , електроліт
Petrov Pavel Andreevich
National Mineral Resources University (Mining University)
PhD in Engineering Science, Assistant Professor of the Automation of Technological Processes and Productions Department
Abstract
This article describes the research methodology of melt
crystallization temperature of alumina and cryolite for aluminum production by Single Hot Thermocouple Technique . Presented the work setting, the process of experimenting with different cooling rates. An analysis of the results and conclusions are led .
Keywords: alumina , aluminium , cooling curve , cryolite , crystallization , electrolyte , melt
Рубрика: 05.00.00 ТЕХНІЧНІ НАУКИ
Бібліографічна посилання на цю статтю:
Петров П.А. Визначення температури кристалізації розплаву електроліту для одержання алюмінію // Сучасні наукові дослідження та інновації. 2014. № 5. Ч. 1 [Електронний ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2014/05/34968 (дата звернення: 26.03.2019).
У процесі електролітичного отримання алюмінію електроліт являє собою складний багатокомпонентний розплав солей з неоднозначним впливом концентрації певного компонента на температуру плавлення всієї системи. Температуру кристалізації електроліту вважають в технологічних цілях як температуру при максимальному тепловому ефекті з найбільшою кількістю одночасно кристалізуються компонентів [1, с. 136-141]. При цьому на бортах шахти електролізера утворюється гарнісажу в області електроліту і охолодей в області розплавленого металу [2, с. 104-109].
Товщина гарнісажу визначається температурою кристалізації електроліту, і, таким чином, залежить від його складу. Вивчення процесу кристалізації, знаходження температури освіти гарнісажу актуально, оскільки втрати тепла безпосередньо визначають витрати електроенергії на виробництво первинного алюмінію і відповідно, собівартість металу [3, с. 54-56].
Вивчалася температура плавлення і кристалізації зразка промислового електроліту алюмінієвого електролізера з кріолітовий ставленням 2.62, що містить за масою 5.81% CaF2 і 1.42% MgF2.
В експериментах застосовувався метод вивчення кристалізації розплаву електроліту - SHTT (Single Hot Thermocouple Technique). Цей метод широко розвивався в Японії, і зараз також отримав розвиток в Німеччині в Інституті технології чавуну і сталі Фрайбергской гірничої академії. SHTT (метод однієї нагрівається термопари) використовується для дослідження процесу кристалізації при ізотермічному охолодженні матеріалу, дозволяє вести спостереження і відеозапис плавлення і затвердіння матеріалу, а також зміна стану прозорого зразка при нагріванні і охолодженні при одночасному вимірі температури в місці спайки металів термоелемента (платинородієвий, тип Б). Для можливості вимірювання температури термоелемент нагрівається відфільтрованим змінним струмом.
Робота установки. У герметичний корпус встановлені два фланця для вакуумування, там же розташовуються два термоелемента і додаткове опалення. Лівий термоелемент рухливий і його положення регулюється з лівого боку. Охолодження термоелементів здійснюється мідними трубками, в них же знаходяться дроти для електроживлення термопар. Пульт управління та джерело живлення двох термопар пов'язаний з системою обробки даних і комп'ютером, який регулює нагрів термоелементів і вимірює температуру. Поведінка краплі аналізованого речовини спостерігається відеокамерою з варіооб'єктивом. Картинка з даними від відеокамери зберігається в пам'яті на персональному комп'ютері.
Термоелементами керують за допомогою комп'ютера за допомогою програми LabView, яка щороку збирає, обробної і передавальної вимірювальний сигнал. У програмі задаються температура, до якої потрібно нагріти або охолодити пробу, швидкості нагріву / охолодження. ПІД-регулятор управляє температурою і передає значення потужності тиристорному перетворювача. Всі параметри (температура, температура нагріву / охолодження, час, дата, потужність) зберігаються для подальшої обробки.
Проба електроліту вагою до 5 мг нагрівалася в середовищі аргону з витратою 150 л / год при швидкості нагріву 3000 К / хв, охолодження відбувалося при різних швидкостях від 25 до 500 К / хв. При кристалізації зразка виділяється енергія, що впливає на орендовану температуру з термопари. Графічно це добре помітно, особливо при високих швидкостях охолодження (понад 100 К / хв). На малюнках 1 і 2 представлено зміна температури електроліту при швидкостях охолодження 150 і 500 К / хв відповідно. Крива охолодження при швидкості 150 К / хв має пологий характер в області температури кристалізації 928 ° С, а при швидкості 500 К / хв чітко видно стрибок кривої в зоні кристалізації, що відповідає температурі 933 ° С.
Малюнок 1 - Крива охолодження зразка зі швидкістю 150 К / хв
Малюнок 2 - Крива охолодження зразка зі швидкістю 500 К / хв
Результати дослідження кристалізації електроліту представлені на діаграмі ізотермічного перетворення (рисунок 3).
Малюнок 3 - Діаграма ізотермічного перетворення електроліту
Недоліки методу SHTT: бульбашки повітря, які утворюються при розплавленні, викликають труднощі у визначенні температури; складно визначити перші кристали через світіння дроту, при крісталлообразованія на дроті.
Метод дозволяє визначити процес кристалізації раніше інших методів через безпосереднього контакту з рідким аналізованих речовиною. Вага проби при цьому близько 5 мг. Метод показує зниження температури кристалізації при зростанні швидкості охолодження зразка і дозволяє передбачати температури кристалізації електроліту зі швидкостями, що лежать в досліджуваному діапазоні.
бібліографічний список
- Сисоєв А.В., Щербінін С.А., Амінов А.Н., бісер А.Г., Зайков Ю.П., Межберг Т.В. Дослідження теплового і електричного полів методом моделювання // Кольорові метали. - 2000. - №4. С. 136-141.
- Пінгіна В.В., Поляков П.В., Щербінін С.А. Математичне моделювання газогідродінаміческіх процесів в алюмінієвому електролізері // Кольорові метали. - 1998. - №5. С. 104-109.
- GV Arkhipov. The mathematical Modelling of Aluminium Reduction Cells // JOM. - 2006 - № 2. P. 54 - 56.
Кількість переглядів публікації: Please wait
Всі статті автора «Петров Павло Андрійович»
