Специалисты СФУ разработали и протестировали в реальных условиях устройство, которое предотвращает налипание глинозема на оборудование. Эта разработка позволяет повысить эффективность производства алюминия и сократить эксплуатационные расходы.
Ученые Сибирского федерального университета создали устройство, повышающее эффективность процесса получения алюминия из криолито-глиноземного расплава. Как рассказали в пресс-службе вуза, они уже провели испытания разработки в условиях реального производства. Устройство решает проблему налипания сырья на рабочие механизмы, что позволяет увеличить срок службы металлургического оборудования. Результаты работы ученые представили в научном журнале Thermal Sciences.
Основное сырье для производства алюминия – глинозем – подается в электролизеры, где его нагревают и пропускают через расплав электрический ток. Подачу сырья осуществляет система автоматической подачи глинозема. Как пояснил один из авторов разработки, доцент кафедры общей металлургии Института цветных металлов СФУ Александр Безруких, после пробивания твердой корки на поверхности ванны на металлические пробойники этой системы налипает порошок глинозема. Это происходит из-за значительной разницы температур между горячим расплавом и холодным сырьем.
По словам ученого, из-за сильного нагрева металлического пробойника порошок глинозема прилипает к его раскаленному наконечнику. Это приводит к забиванию отверстия для автоматической подачи сырья. В промышленных условиях такие ситуации вынуждают останавливать производство для очистки или замены оборудования, что занимает много времени и создает дополнительные финансовые издержки.
Специалисты университета совместно с коммерческим партнером разработали устройство, которое предотвращает налипание сырья на наконечник пробойника. Они добавили в конструкцию пробойника дополнительный самоохлаждающийся механизм – термосифон. Это устройство отбирает тепло от раскаленного наконечника и рассеивает его в воздухе. Благодаря такому решению наконечник постоянно остается достаточно холодным, порошок глинозема к нему не прилипает, и система питания электролизерной ванны работает стабильно.
Александр Безруких рассказал, что их устройство стабильно удерживает температуру наконечника ниже 270 градусов Цельсия, а в эффективном режиме – около 254 градусов. За полгода испытаний, в течение которых провели более тысячи наблюдений, не зафиксировали ни одного случая налипания сырья. Расчетный срок службы термосифона составляет около двух тысяч часов. Устройство обеспечивает высокую скорость теплоотвода – примерно 45 градусов Цельсия в минуту.
Сейчас проблему налипания корки на системе автоматической подачи пытаются решать другими способами. Некоторые компании используют интеллектуальные системы управления и подачи глинозема или периодически наносят специальные покрытия на наконечники. Однако, как подчеркнул Александр Безруких, эти меры не всегда оказываются экономически целесообразными.
По его словам, вместо изменения свойств поверхности наконечника или усложнения системы управления они решили устранить корень проблемы – высокую температуру. Отсутствие дополнительных соединений, насосов, теплообменников и подводящих труб делает их систему дешевле в изготовлении и значительно надежнее в эксплуатации. Кроме того, такая конструкция не потребляет дополнительной энергии для работы, так как использует естественные физические принципы.
В будущем специалисты СФУ планируют адаптировать модульную систему под электролизеры разных производителей и улучшить характеристики устройства. Эти достижения в сфере инженерных наук стали частью проекта СФУ «Инженеры нашего времени», который посвящен популяризации инженерных специальностей. Проект реализуют при поддержке гранта Министерства науки и высшего образования России в рамках Десятилетия науки и технологий.
Фото: Getty Images / SafakOguz
Lx: 3877