ООО «АЛКОРУС ИНЖИНИРИНГ»

С. Н. Ахмедов, председатель правления;

В. А. Козлов, гл. инженер, ООО «АЛКОРУС ИНЖИНИРИНГ», e-mail: office@alcorus.ru.

Санкт-Петербургский государственный технический университет

В. В. Тихомиров, доцент каф. теор. мех.

В. А. Востриков, препод. каф. теор. мех.

На основе компьютерного моделирования проведена оценка напряженного состояния катодных блоков алюминиевых электролизеров на силу тока от 180 до 500 кА. На первом этапе напряженно-деформированное состояние подины исследовали в рамках трехмерной модели при установившемся режиме работы катода. Численное моделирование выполняли на конечно-элементных сетках с одинаковыми характерными размерами конечных элементов для каждого из катодных устройств. На втором этапе исследований с целью детализации напряженного состояния блоков рассматривали двухмерные задачи о плоской деформации для сечений продольной симметрии подин. С увеличением силы тока в центре подины электролизеров происходит возрастание максимальных значений интенсивности по Мизесу и сжимающих напряжений, в то время как соответствующие зависимости для крайних блоков имеют ниспадающий характер, т. е. происходит разгрузка периферии подины. Таким образом, при увеличении мощности электролизера происходит ужесточение условий эксплуатации центральных катодных блоков и, следовательно, возрастает их поврежденность и вероятность разрушения. Определяющим фактором в разрушении подины являются трещины, исходящие из угловых точек пазов катодных блоков. С увеличением силы тока в угловых точках пазов центральных блоков происходит возрастание максимальных главных напряжений, носящих сжимающий характер, и главных касательных напряжений. В аналогичных точках торцевых блоков наблюдается противоположная ситуация — имеет место монотонное снижение указанных напряжений. Расчетные значения максимальной интенсивности напряжений по Мизесу и модуля сжимающих усилий в центральных блоках коррелируются с фактическими данными по среднему сроку службы электролизеров. С увеличением силы тока от 180 до 500 кА снижается средний срок службы электролизеров.

1. Kvande H. Development of aluminium production capacity in the Middle East and Siberia // Light Metals. 2008. P. 375.
2. Benkahia B., Caratini Y., Mezin H., Renaudier S., Fardeau S. Last development in AP50 cell // Ibid. 2008. P. 451.
3. Писаренко Г. С., Лебедев А. А. Деформирование и прочность материалов при сложном напряженном состоянии. — Киев : Наукова думка, 1976. — 416 с.
4. Тихомиров В. В., Ахмедов С. Н., Козлов В. К. Исследование механической прочности катодных секций алюминиевых электролизеров // Цветные металлы. 2002. № 6. С. 47–51.