ВВЕДЕНИЕ

Одним из энергоемких металлургических производств является электрометаллургия. Основными направлениями интенсификации в электрометаллургии являются создание высокоэффективных процессов, повышение качества продукции, улучшение использования оборудования, площадей, сырья, материалов, топлива и энергии, комплексная механизация и автоматизация. Каждому уровню техники соответствует наиболее рациональное сочетание этих факторов, достижение которого является задачей оптимизации производства. Поиск оптимальных условий ведения электрометаллургических процессов будет успешным в том случае, если в основе его лежит правильный выбор цепи оптимизации и отражающего ее критерия, а также минимальное количество влияющих факторов и применение математических методов. Найденные оптимальные условия диктуют требования к построению той или иной системы автоматического управления и контроля. Таким, образом, при оптимизации возникает комплекс проблем, требующих участия широкого круга специалистов по технологии, энергетике, автоматике, вычислительной технике и математике.

Развитие этих проблем в известной мере условно можно разделить на два основных направления: технологическое и электроэнергетическое. Изменение технологических факторов (состава и температуры электролита, конструкции и др.) само по себе может быть достаточно эффективным, но техническая реализация их в ряде случаев затруднена по соображениям экономичности, окружающей среды и т.д. Так, получение высококачественных кристаллических осадков требуется применение специальных добавок, содержащих зачастую ядовитые или агрессивные компоненты. Присутствие в электролитах даже незначительного количества примесей может существенно влиять на протекание процесса, поэтому требуются дополнительные устройства, например, для фильтрования, очистки раствора, что значительно усложняет и удорожает технологию.

Увеличению производительности, снижению себестоимости продукции, улучшению условий труда персонала способствуют мероприятия направленные на совершенствование электрооборудования, автоматизация, применение нестационарных электрических режимов электролиза позволяет вести процесс с электролитом простого состава, менее чувствительного к примесям, не требует реконструкции ванн.

Независимое развитие каждого из этих направлений не обеспечивает оптимальных показателей работы электрометаллургических установок. Специалисты - технологи электроэнергетики выполняют круг задач, сводящихся в основном к повышению вводимой мощности и контролю технологических параметров. При этом не всегда интересуются качественной стороной влияния электрических режимов на ход технологических процессов и свойства получаемого металла. Между тем возможности энергетики и автоматики используются не полностью часто вследствие того, что специалисты - электрики недостаточно знают технологию. Рациональное сочетание этих условий направлено на повышение производительности промышленных установок, улучшение качества продукции и получение высоких экономических показателей и составляют основную задачу оптимизации работы мощных электролизных установок.

Алюминий применяется в первую очередь в авиационной промышленности, где требуется особая легкость металла, из которого изготовляются моторы и различные детали летательных аппаратов. Очень важной областью применения является машиностроение, в частности транспортное. Здесь он идет на изготовление цистерн и различных деталей для автомобилей, локомотивов, вагонов и т.д. Чрезвычайно ценным алюминий является в электротехнической промышленности, где он идет на изготовления кабелей, шин, различных проводов, на изготовление деталей для электрических машин, конденсаторов и пр.

Алюминий является очень хорошим материалом для изготовления различных аппаратов, применяемых в химической промышленности, так как он сравнительно хорошо противостоит различным кислотам. Чистый алюминий является хорошим материалом для изготовления алюминиевой краски, которая очень хорошо предохраняет железные изделия от коррозии.

Алюминий применяется как раскислитель в сталелитейном деле; с его помощью можно легко восстановить ряд материалов из оксидов. Очень распространена так называемая алюмотермия. Алюмотермия применяется при сварке рельсов и других железных, стальных изделий.

Алюминий имеет широкое применение в быту (мебель, посуда, художественные изделия и др.) и для всякого рода декоративных целей. В пищевой промышленности алюминий применяется для изготовления фольги, баков, бидонов и мн. др.

Алюминий применяют не только в чистом виде, но и в виде сплавов. Среди сплавов наиболее известны: дюралюминий, который обладает легкостью и высокой прочностью, приближающийся к некоторым сортам стали; силумин - сплав алюминия с кремнием - являющихся хорошим литейным материалом и применяется для весьма сложных отливок; алюминиевая бронза и т.д. Алюминий и его сплавы применяются в военном деле, в частности при изготовлении деталей для военных судов, подводных лодок, танков, а также для изготовления зажигательных снарядов (применяется в виде порошка). Алюминий распространен в природе в виде соединений, но получить его в чистом виде не так легко. В истории производства можно различить три основных этапа:

1. химический способ - действия натрия на соли алюминия;

2. электротермический способ - восстановление алюминиевой руды при помощи угля;

3. электрохимический способ - электролиз расплавленных солей.

Электроснабжение – это обеспечение потребителей электрической энергией. Эта отрасль играет огромное значение в современной промышленности, так как электроэнергия является основным видом энергии, которая используется сегодня во всех отраслях народного хозяйства. Столь широкое внедрение электрической энергии обусловлено ее замечательными свойствами, из которых наиболее важными являются:

• возможность передачи на значительные расстояния от мест производства к местам потребления при сравнительно малых потерях;

• простота преобразования в другие виды энергии: тепловую, механическую, световую и так далее;

• хорошая управляемость;

Сегодня трудно представить нашу жизнь без электричества. Оно окружает нас везде. С помощью электрической энергии приводятся в движение троллейбусы и трамваи, электрички и локомотивы поездов. Дома у каждого из нас много различных бытовых приборов, работающих на электрической энергии. Современное производство также невозможно без применения электроэнергии, это и просто освещение и электропривод станков, и обеспечение технологических процессов.

Электрическая энергия вырабатывается на электростанциях и передается на огромное расстояние к потребителям. При этом необходимо обеспечить надежность электроснабжения потребителей, уменьшить потери при передаче до минимума, экономить энергетические ресурсы. Все это является основными задачами ЭСН (энергоснабжения).

Наиболее перспективным и актуальным на сегодня является направление по созданию энергосберегающих технологий. Это связано с большими затратами на производство электрической энергии и экологические проблемы с этим связанные. Экономия энергетических ресурсов производится в следующих направлениях:

• ведение энергосберегающей технологии производства;

• совершенствование энергетического оборудования;

• сокращение всех видов энергетических потерь, например при передаче электроэнергии;

• реконструкция устаревшего оборудования;

• повышение уровня использования вторичных ресурсов;

• улучшение структуры производства.

Приёмники электрической энергии промышленных предприятий получают питание от системы электроснабжения, которая является составной частью энергетической системы.

На ГПП (главной понизительной подстанции) напряжение снижается с помощью трансформаторов до уровня10(6)кв. Внутризаводские сети состоят из кабельных линий и промежуточных понизительных или распределительных подстанций;

ЦТП (цеховая трансформаторная подстанция) может запитываться непосредственно со сборных шин ГПП, от промежуточных подстанций или распределительных устройств 10(6)кв, общепромышленных потребителей (насосные, компрессорные ).

На ЦТП напряжение снижается до уровня сетей общего пользования 0,4 или 0,69кв. (соответственно у потребителя 0,38 или 0,66кв).

В системе электроснабжения предприятий условно выделяется 3 уровня: внешнее электроснабжение, внутризаводское и внутрицеховое. На каждом уровне можно определить источники и потребители электрической энергии.

1. Описание технологического процесса

Процесс электролиза расплавленных солей заключается в выполнении следующих основных технологических операций:

1. Питание электролизеров глиноземом: в нормальном работающем электролизере расплав на границе с воздухом закрыт слоем застывшего электролита - электролитовой коркой. Наибольшую толщину корка имеет возле стенок шахты; чем ближе к аноду, тем корка меньше. Поверх корки находится глинозем, который до загрузки в шахту прогревается на корке и просушивается. Глинозем на корке служит дополнительным теплоизолирующим элементом электролизера. Для питания электролизера глиноземом пробивают электролитную корку, чтобы погрузить в электролит, находящийся на ней, глинозем. На вновь образующуюся корку вновь загружают глинозем. Весь комплекс операций питания глиноземом называется обработкой электролизера. Обеднение электролита глиноземом ведет к появлению анодного эффекта - «вспышки». Пробивку электролитной корки осуществляют специальными машинами для пробивки корки электролита (МПК). Загрузка глинозема в электролизер с боковым токоподводом, производится с помощью глиноземных бункеров.

2. Замена анода: угольная масса анода электролизера окисляется кислородом, выдающимся на нем и анод постепенно срабатывается, в результате чего анод приходится опускать, чтобы выдержать межполисное расстояние.

3. Выливка металла: алюминий накапливается в процессе электролиза на падине ванны, его выбирают ежесуточно при помощи вакуум - ковша. В начале выливки холодный вакуум - ковш и заборная труба должны быть просушены и прогреты до 150 - 200 ^оС.

4. Поддержание необходимого состава и уровня электролита: в процессе электролиза электролит не только обедняется глиноземом, но и убывает сам и изменяется его состав, т.е. изменяется соотношение между составляющими электролита NaF и AlF₃. Основные причины потери электролита: испарение фтористых солей, пропитывание ими футеровки, разложение электролита примесями, попадающими в расплав с сырьем, механические потери. При установившемся режиме из электролита теряется главным образом фтористый алюминий - испаряется, разлагается влагой, оксидами, сульфатами, попадающими в расплав вместе с сырьем. Поэтому в процессе нормальной работы уровень электролита поддерживают, добавляя криолит, обогащенный фтористым алюминием. Если этого недостаточно, то для поддержания нужного криолитового отношения корректировку состава электролита ведут фтористым алюминием.

2. Категории надежности ЭП по ПУЭ

Перерыв электропитания вызывает убытки производства или так называемый ущерб. Перерыв в питании может быть вызван авариями или повреждениями в энергосистеме или СЭС (системы электроснабжения) предприятия. Он может сопровождаться полным прекращением или частичным ограничением питания потребителей разной продолжительности в после аварийный период. Перерыв (частичный или полный) может быть также следствием дефицита мощности в питающей системе, какое-то время суток и различной продолжительности. В большинстве случаев этот перерыв может быть запланирован и заранее учтён в программе производства. Никакие мероприятия в СЭС при этом нетребуются кроме графиков отключения неответственных потребителей. Ущерб от перерыва питания является наиболее эффективным критерием при определении требуемой степени надёжности электроснабжения.

Категории электроприемников (ЭП) по надежности электроснабжения определяются в процессе проектирования системы электроснабжения на основании нормативной документации, а также технологической части проекта.

Требования технологии оказывают решающее значение при определении степени надёжности питания и построения схем электроснабжения. Недоучёт этих требований может привести как к недостаточному резервированию, так и к лишним затратам.

В отношении обеспечения надежности электроснабжения электро-приемники разделяются на следующие три категории:

Электроприемники первой категории – электроприемники, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой: опасность для жизни людей, угрозу для безопасности государства, значительный материальный ущерб, расстройство сложного технологического процесса, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства, объектов связи и телевидения.

Из состава электроприемников первой категории выделяется особая группа электроприемников, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов и пожаров.

Электроприемники второй категории – электроприемники, перерыв электроснабжения которых приводит к массовому недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей.

Электроприемникитретей категории- все остальные электро-приемники, не подпадающие под определения первой и второй категорий.