Статьи
English version
О компании
История
Руководство
Сотрудники
Разработки
Объекты
Наши публикации
Наши патенты
Контакты
Обратная связь


Состояние и тенденции развития техники производства алюминия в мире

С.Н.Ахмедов, Ю.В.Борисоглебский, М.М.Ветюков, Б.С.Громов, Р.В.Пак, В.А.Козлов

Объем мирового производства первичного алюминия по состоянию на 2000 год достиг более 24 млн. тонн в год. Если до середины 20 века электролитическое производство алюминия преимущественно располагалось в Европейских странах, Северной Америке и России, то во второй половине столетия наблюдается тенденция к размещению заводов в Южной Африке, Азии, Австралии (таблица 1). По мере развития технологий наибольшее распространение получили заводы с объемом производства 200-300 тыс. тонн металла в год. Можно отметить, что в Китае существуют заводы, производящие 5 10 тыс. тонн алюминия в год. Однако эти заводы в настоящее время убыточны и реконструируются с увеличением производственной мощности.

Производство алюминия (тыс. т/год) и количество заводов (шт.) по регионам мира.

Регион

Северная
Америка

Европа

Азия

Южная
Америка

Китай

Австралия

Африка

Производство
Al

6651

4727

2709

2476

2150

2089

1331

Количество
заводов

34

44

15

13

62

7

6



Компании, производящие электролитический алюминий, не заинтересованы в публикации подробных сведений, технологических и экономических параметрах своих заводов, в силу объективных законов кон-куренции в условиях рыночной экономики. Однако, имеющиеся в литературе сведения [1] позволяют сформулировать некоторые закономерности развития технологии электролитического получения алюминия.

Основное количество металла в 2000 году было получено на электролизерах с обожженными анодами (73%), на втором месте электролизеры с верхним токоподводом (19%) и на третьем - с боковым токоподводом (8%). Среди заводов, оснащенных электролизерами с обожженными анодами, превалирующими являются заводы на силу тока 150-200 кА.

Рис. 1. Вывод в эксплуатацию аллюминиевых заводов(серий электролиза),<br>оснащённых различными типами электролизёров, по годам

На первых предприятиях по производству алюминия (1920-1930 г.г.) использовались электролизеры с обожженными анодами (рис.1.). В период с 1925 по 1945 г.г. предпочтение отдавалось электролизерам с боковым токоподводом. В 1945-1965 г.г. строились, в основном, электролизеры с верхним токоподводом. Однако, после 1969 г. строительство заводов, оснащенных электролизерами с верхним токоподводом, резко сократилось.

Развитие технологии получения алюминия внесло существенные коррективы по применению электролизеров с самообжигающимися анодами. Причем главным ограничением явилось невозможность увеличения силы тока на этом типе электролизеров, а также ужесточение требований по экологии и охране труда.

При увеличении силы тока на электролизерах с самообжигающимися анодами возрастают их габариты, возникают проблемы с равномерностью токораспределения по подошве анода и, как следствие, ухудшение условий для качественного спекания всего анода. В результате наблюдается образование конусов, осыпание углов и продольных сторон анодов, обнаруживаются сложности с поддержанием требуемой величины междуполюсного расстояния, теплового баланса электролизера, состава электролита и других технологических параметров.

Мировая практика показала, что оптимальная мощность электролизеров с боковым токоподводом составляет 60-80 кА, а с верхним - 100-120 кА. Отечественная практика работы электролизеров с самообжигающимися анодами и верхним токоподводом на силу тока 160 кА подтверждает сложность достижения на таких электролизерах высоких технико-экономических пока-зателей.

При анализе технологических параметров работы различных типов электролизеров обращает на себя внимание величина выхода по току, которая для электролизеров с обожженными анодами составляет 92%, с верхним токоподводом - 88% и с боковым токоподводом - 86,2%. Выход по току на электролизерах с обожженными анодами увеличивался по мере роста силы тока, что связано, в первую очередь, с улучшением технологии (снижение криолитового отношения, применение песочного глинозема и системы автоматизированного питания глиноземом и т.д.). Однако выход по току 93-94% в настоящее время представляется предельно достижимым.

Средний удельный расход электроэнергии на электролизерах с обожженными анодами составляет 14200 кВт-ч/т Al, для бокового токоподвода - 15300 кВт-ч/т Al и для верхнего токоподвода - около 16000 кВт-ч/т Al. Даже с учетом разницы в удельном расходе электроэнергии на производство обожженных анодов и анодную массу расход энергии на производство алюминия в электролизерах с обожженными анодами меньше, чем с самообжигающимися. С увеличением силы тока расход электроэнергии при производстве алюминия снижается, причем на электролизерах с обожженными анодами в значительно большей степени, чем на самообжигающихся.

Для электролизеров с обожженными анодами также наблюдается явная тенденция по снижению расхода анода и фтористых солей с ростом мощности. Например, при силе тока 50-100 кА расход анода составляет 450 кг/т Al, а при 300 кА - 410 кг/т Al.

Представляют интерес некоторые технико-экономические показатели, полученные на заводах различных регионов мира (таблица 2). Показатели выхода по току, расхода анода и электроэнергии ниже на заводах, расположенных в Азии, Африке и Южной Америке. Из этого следует, что большое значение в достижении высоких технико-экономических показателей имеет уровень профессиональной подготовки обслуживающего персонала и социально-экономические факторы.

В случае использования электролизеров с обожженными анодами достигнут значительный прогресс по сроку службы. Срок службы около 70 месяцев становится нормой, в то время как для электролизеров с верхним токоподводом средний срок службы составляет 60 месяцев, а с боковым - 53 месяца. Современные конструкции и технологические решения позволяют обеспечить высокий срок службы практически независимо от силы тока и региона мира.

Некоторые технико-экономические показатели электролиза для различных регионов мира.

Регион

Сев.
Америка

Европа

Азия

Юж.
Америка

Китай

Австралия

Африка

Выход по
току,%

92,8

91,5

88,8

88,5

90,0

92,0

90,8

Расход
электроэнергии,
тыс. кВт-ч/т Al

14,5

14,6

15,5

15,4

14,5

14,7

14,8

Расход
анодов,
кг/т Al

422

424

448

472

456

428

450

Срок
службы,
мес.

68

82

76

52

56

70

64

Себестоимость
алюминия, $/т

1220

1120

1000

1120

---

---

1100

Капитальные
затраты, $/т

4200

3500

3900

3400

4100

3000

4200



Очевидность преимущества электролизеров с обожженными анодами вытекает из себестоимости алюминия, которая составляет в среднем $1180 за тонну, в то время как для верхнего токоподвода - $1230, а для бокового - $1300. Причем с ростом силы тока с 50-100 кА до 300-350 кА себестоимость снижается на 25% и она несколько ниже на алюминиевых заводах Африки и Азии, чем в индустриально развитых странах.

Трудозатраты на получение алюминия понижаются с ростом силы тока. Если рассматривать различные типы электролизеров, то для ванн с обожженными анодами трудозатраты в 1,5 раза ниже, чем для верхнего токоподвода.

В силу ограниченности информации невозможно точно установить величину капитальных затрат на строительство алюминиевых заводов. По некоторым сведениям, удельные капитальные затраты на строительство алюминиевых заводов (включая производство анодов) составляют $3000 4200 (таблица 2). Такой разброс скорее всего определяется не только местонахождением завода, а уровнем исходных технологических требований на состав оборудования, уровнем механизации и автоматизации, экологическими требованиями.

Если целесообразность строительства заводов, оснащенных электролизерами с предварительно обожженными анодами, в настоящее время не подлежит сомнению, то тенденция к дальнейшему увеличению силы тока свыше 280-320 кА не выглядит бесспорной.

При увеличении силы тока возрастают требования к конструкции электролизеров и, в первую очередь, прочность катодного устройства, а также к МГД - устойчивости. Возрастают требования к качеству подовых блоков, материалу бортовой футеровки, качеству анодов, глинозема, фторсолей. Невозможно эксплуатировать мощные электролизеры с обожженными анодами без комплексных кранов, специализированной напольной техники, современной системы автоматизированного управления.

С увеличением силы тока все сложнее становится проблема срока службы электролизеров. Из мировой практики известно, что срок службы электролизеров с обожженными анодами на силу тока 180 кА выше, чем электролизеров на 280 кА. Понятно, что затраты на капитальный ремонт и, главным образом, недополученный металл во время простоя электролизера могут в значительной мере уменьшить выгоду, получаемую от роста выхода по току, снижения расхода электроэнергии и капитальных затрат. Поэтому, выбирая силу тока при проектировании нового алюминиевого завода, необ-ходимо выполнять финансово-экономическую оценку с учетом технических рисков.

Рис. 2. Апроксимационные кривые зависимости<br>анодной плотности тока от силы тока

Обычно при проектировании алюминиевого электролизера задаются величинами силы тока и анодной плотности тока, исходя из которых, выполняется конструктивный расчет электролизера, расчеты электрического и теплового балансов. Нами были обработаны данные по зависимости плотности тока ряда алюминиевых заводов мира, оснащенных электролизерами, как с обожженными анодами, так и с самообжигающимися анодами (рис.2). Срав-нивая эти данные с опытом ведущих фирм можно установить хорошее совпадение. Так известно [2], что для электролизеров с обожженными анодами на силу тока 280 кА оптимальной оказалась анодная плотность тока 0,74 А/см2, а для электролизеров на 180 кА - 0,76 А/см2.

Обобщая рассмотренные выше закономерности и тенденции в развитии техники электролитического получения алюминия, можно предположить, что увеличение объемов производства алюминия будет осуществляться в ближайшее время в основном за счет строительства заводов, оснащенных мощными электролизерами с предварительно обожженными анодами. Выбор силы тока при этом будет определяться конкретным месторасположением завода и соответствующей экономической и социальной ситуации.





Список литературы:

 

1. Primary Aluminium Smelters and Producers of the World/ Aluminium-Verlag Marketing & Kommunikation GmbH/ - 2000/ - v1, 2.

2/ Reverdy M., Homsi P. And Jolas J.M. AP 30 Technology and Experience Gained from the Recently Potlines. //Light Metals. - 1995. - p.405 - 411.

РЕФЕРАТ

Объем мирового производства первичного алюминия по состоянию на 2000г. оценивается в 24 млн. тонн в год, из которых 73% производилось на электролизерах с обожженными анодами, 19% на электролизерах с верхним токоподводом, 8% с боковым токоподводом. Мировая практика показала, что оптимальная мощность электролизеров с боковым токоподводом составляла 60…80 кА, с верхним подводом тока - 100..120 кА, с обожженными анодами - 210…280 кА. Электролизеры с обожженными анодами имеют лучшие показатели выхода по току, по удельному расходу электроэнергии, сроку службы, себестоимости производства алюминия.

Наиболее вероятным направлением увеличения объемов производства алюминия в мире является строительство заводов мощностью 250…300 тыс. тонн алюминия в год с использованием электролизеров с обожженными анодами. Выбор силы тока на электролизерах зависит от конкретного месторасположения завода и соответствующей экономической и социальной ситуации.




designed by

Sagitta


ALCORUS ENGINEERING Ltd,
Copyright ©  2004-2019