Состав и характеристика криолитоглиноземных расплавов

Введение

В настоящее время обеспечение ресурсосберегающего производства первичного алюминия возможно только на мощных электролизерах с предварительно обожженными анодами.

Разработка технологии и способов конструирования электролизеров с высокой амперной нагрузкой выполняется с применением методов математического моделирования магнитных полей на основе современных представлений тепло- и массопереноса в криолит-глиноземных расплавах.

Рационально ресурсосбережение достигается при высоких скоростях растворения глинозема и его смесей в кислых электролитах, высоком уровне контроля технологических параметров, уменьшения влияния магнитного поля на металл и рециклинге катодной футеровки и использовании высокоуправляемых систем автоматизированного питания глиноземом для работы электролизеров с максимальными технико-экономическими показателями

В дипломном проекте содержатся расчеты: материального баланса, конструкции и количества электролизеров, электрические и тепловые расчеты, являющиеся основой оптимальной работы всего цеха. В специальной части рассмотрены и предложены к внедрению различные механизмы, эксплуатирующиеся в высокоамперном электролизном производстве. Экономические расчеты подтверждают окупаемость и рентабельность проекта.

 

Описательная часть

Состав и характеристика криолитоглиноземных расплавов

В основе производства алюминия лежит электролиз криолитоглиноземного расплава, так как алюминий очень электроотрицательный металл, который в больших масштабах можно получить только электролитическим способом. Электролит для получения алюминия представляет собой многокомпонентный солевой расплав, состоящий из криолита Na₃AlF₆ с некоторым избытком фторида алюминия, в котором растворен глинозем. В промышленном электролите всегда присутствует фторид кальция, снижающий температуру плавления, и прочие соли металлов, поступающие с перерабатываемым сырьем.

Практическая часть

Расчет производственной программы

План производства алюминия-сырца в электролизном цехе алюминиевого завода представлен в таблицы 2.1.

Таблица 2.1 - План производства алюминия-сырца в электролизном цехе

Показатель, ед. изм.	Формула / обозначение	Цифровые значения
Число установленных ванн, шт	А
Число ванн, подлежащих кап. ремонту, шт	а=
Длительность простоя одной ванны на кап. ремонте, дни	δ
Длительность планового периода, дни	Т
Среднее число ванн в ремонте, шт
Среднее число действующих ванн, шт	N=A – NP
Сила тока, А	I
Выход по току, %	η
Выход на ванну в сутки, т/сут	m
Производительность серии, тонн	Pc
Количество алюминия сырца, тонн	М

Расчет численности рабочих

Исходными данными для расчета численности являются:

- производственная программа;

- программные нормы выработки и нормы времени;

- нормативы численности;

- плановые задания по росту производительности труда;

- график сменности.

Для расчета численности рабочих необходимо соблюдать следующие условия:

- количество оборудования должно соответствовать количеству установленных ванн согласно производственной программе;

- так как процесс производства алюминия непрерывный, то на предприятии для основного и вспомогательного производства установлен пяти сменный график, в сутки работают три смены две остальные выходные, принимается восьмичасовая смена работы;

- дежурные вспомогательные рабочие также работают в смены по восемь часов. Остальные работники работают в одну смену;

- коэффициент списочного состава берется из таблицы 2.2;

- заданные нормативы численности показывают количество работников, необходимых для обслуживания одной единицы оборудования (0,138 работника на 1 электролизер);

Явочная численность рабочих в одну смену определяется:

,                                                (2.1)

где Н_ч – норматив численности, чел/ед.обор.;

А – количество установленных ванн, шт.

Явочная численность в одни сутки определяется как произведение явочной численности в одну смену на количество смен в сутки (С).

Штатная численность определяется с учетом выходных смен:

,                                              (2.2)

где С^/ - количество смен на выходном.

Списочная численность определяется с учетом коэффициента перехода от штатной к списочной численности, т.е. для ее расчета необходимо рассчитать коэффициент списочного состава на основе планового баланса рабочего времени рабочего.

Расчет коэффициента списочного состава приведен в таблице 2.2

Таблица 2.2 - Баланс рабочего времени

Показатель, ед. изм.	Непрерывное производство		Прерывное производство
	основное	вспомогательное
Календарный фонд рабочего времени, Ткал, дни	365	365	365
Число выходных и праздничных дней	134	134	106
Номинальный фонд рабочего времени, Тн
Невыходы по причинам:
основные и допол- нительные отпуска
болезни	5	4	3
гос. обязанности	2	1	1
отпуск учащимся	1	1	1
отпуск с родами	-	-	1
Эффективный фонд рабочего времени, Тэф
Коэффициент списочного состава (Ксс)

Ч_сп = Ч_шт*К_СС  ,                                           (2.3)

где К_СС – коэффициент списочного состава.

численность водителей тракторов зависит от количества получаемого металла в смену и определяется следующим образом:

,                                                  (2.4)

где М – количество алюминия-сырца;

Т – длительность планового периода;

С- количество смен в сутках;

                               т/см

Численность вспомогательных рабочих ППР, ПТО определяется в зависимости от количества получаемого алюминия в сутки по формуле:

,                                                            (2.5)

                        т/сут

Расчет численности рабочих представлен в таблице. 2.3

Таблица 2.3 - Расчет численности рабочих

Профессия	Чяв	С+С/	КСС	Чсп
1 Основные рабочие (операторы АППА):
1.1 Бригадир электролизного хозяйства     8 разряд	по 1 на серию	1
1.2 Бригадир технолог                              8 разряд	по 8 на серию	4
1.3 Рамщик:                                                     7 разряд	по 4 на серию	4
6 разряд	по 4 на серию	4
1.4 Выливщик                                            7 разряд	по 2 на серию	1
1.5 Замерщики:
- бригадир замерщиков                             8 разряд	по 1 на серию	1
- замерщики:                                                   7 разряд	по 5 на серию	4
6 разряд	по 3 на серию	4
5 разряд	по 3 на серию	4
1.6 Операторы АППА (рабочие)
5 разряда	по 24 на серию	4
6 разряда	по 24 на серию	4
7 разряда	по 24 на серию	4
2. Вспомогательные рабочие
Машинист крана	по 10 на серию	4
Водитель трактора-погрузчика	по 2 на серию	4
Водитель ПУМ	по 2 на серию	4
3. Обслуживающий и ремонтный персонал:
3.1 Участок ремонта и чистки ковшей (УРЧК)
- бригадир УРЧК	по 1 на серию	1
- слесари-ремонтники                               5 разряд	по 5 на серию	4
6 разряд	по 6 на серию	4
3.2 Контактная служба
- бригадир контактной службы               8 разряд	по 1 на серию	1
-электрослесари                                        6 разряд	по 5 на серию	4
7 разряд	по 6 на серию	4
ИТОГО РАБОЧИХ В ЦЕХЕ:

Расчет цеховых расходов

Расчет фонда заработной платы основного персонала проводится согласно штатному расписанию и установленных окладов.

Основной фонд заработной платы определяется умножением суммы окладов с учетом районного и северного коэффициента и премии на 11 месяцев.

Оплата отпусков составляет сумму окладов с районным коэффициентом.

Отчисления на социальное страхование составляют 30 % от общего планового фонда заработной платы.

Таблица 2.5 - Расчет фонда заработной платы основного персонала цеха (тыс.руб.)

Должность	Кол-во, чел	Оклад	Сумма окладов	Премия	Кр,	ФЗП	Оплата отпусков	ФЗП
					90%	основной		планов
1	2	3	4	5	6	7	8	9
Начальник серии	1	102
Организатор-технолог	2	91,3
Организатор- УПП	1	91,3
Организатр смены	1	80,6
Организатор АПГ и ЦРГ	1	72,13
ИТОГО

Отчисления на социальное страхование составят 30% от всего планового фонда заработной платы персонала цеха:

Отчисления_СОЦ. = .                                  (2.16)

Отчисления_СОЦ =                                   тыс. руб.

Расчет амортизации зданий и сооружений цехового назначения осуществляется с учетом нормы амортизации, выраженной в процентах. Сумма амортизационных отчислений находится путем умножения стоимости зданий и сооружений на норму их амортизации. Для определения стоимости всего оборудования необходимо количество умножить на стоимость единицы зданий и сооружений.

Таблица 2.6 - Расчет амортизации зданий и сооружений цехового назначения (тыс.руб.)

Наименование	Количество	Стоимость ед.	Сумма	Норма амортизации %	Сумма аморт. отч.
1	2	3	4	5	6
Здания:
Корпус электролиза	по 1 на корпус	89222		2,8
Склад глинозема	по 1 на корпус	12907		2,8
Административно-бытовой корпус	по 1 на цех/завод	16046		2,8
Блок вспомогательных отделов	по 1 на серию	2405		2,8
Итого по зданиям:
Сооружения:
Силосная башня	по 1 на корпус	2 811		4,6
Водопровод и канализация	по 1 на корпус	1 946		4,6
Компрессоры	по 1 на цех/завод	1 964		4,6
Пневмотрасса	по 1 на корпус	12 954		4,6
Диспетчерский пункт	по 1 на серию	2 461		4,6
ИТОГО сооружений:
ВСЕГО:

Амортизация производственного инвентаря определяется исходя из его стоимости и норм амортизации, стоимость производственного инвентаря принимаем равной 90 000 рублей на одного рабочего, при этом норма амортизации инвентаря – 12,5 %.

А_П.И. = Ч_РАБ.* С_И,                                                   (2.17)

А_П.И. = тыс. руб     

где Ч_РАБ – списочная численность рабочих;

С_И – стоимость инвентаря, тыс. руб.

Расчет амортизации хозяйственного инвентаря определяют исходя из его стоимости (160 000 рублей), его нормы амортизации (12,5 %), а также численности ИТР и служащих:

А_Х.И. = Ч_ИТР*С_Х.И.* ,                                             (2.18)

А_Х.И. = тыс. руб

Расчет затрат на содержание зданий и сооружений определяется в размере 1,5% от их стоимости:

Сод = С_З/С* ,                                             (2.19)

Сод = тыс. руб

где С_З/С – стоимость зданий и сооружений, тыс. руб.

Текущий ремонт зданий и сооружений определяется в размере 0,5% от их стоимости:

Тр = С_З/С* ,                                               (2.20)

Тр = тыс. руб.

Расходы на испытание, опыты и исследования принимаем в размере 5000 рублей (5 тыс.руб.) на одного работающего:

Р_ИСП = (Ч_РАБ + Ч_ИТР)*5                                                    (2.21)

Р_ИСП = тыс. руб.

Расходы на охрану труда составляют 45 рублей (0,045 тыс.руб.) на одного рабочего в год:

Р_ОХР = Ч_РАБ *0,045                                              (2.22)

Р_ОХР = тыс. руб

Износ МБП принимаем в размере 10 тыс. руб. на одного рабочего:

И_МБП = (Ч_РАБ + Ч_ИТР)*10 И_МБП                                          (2.23)

И_МБП = тыс. руб.

Прочие расходы принимаем в размере 1% от всех вышеперечисленных статей сметы цеховых расходов.

Таблица 2.7 - Смета цеховых расходов (тыс. руб.)

Элемент затрат по смете	Сумма
Фонд заработной платы основного персонала цеха
Отчисления на социальное страхование
Амортизация зданий, сооружений
Амортизация производственного инвентаря
Амортизация хозяйственного инвентаря
Содержание зданий и сооружений
Текущий ремонт зданий и сооружений
Расходы на испытание, опыты и исследования
Расходы на охрану труда
Износ МБП
Прочие расходы
ИТОГО по смете:

2.5 Расчет расходов на содержание и эксплуатацию оборудования (РСЭО)

Рассчитываем величину расходов на содержание и эксплуатацию оборудования. Эта комплексная статья затрат состоит из нескольких элементов.

Прежде всего, рассчитывается амортизация основного оборудования и транспортных средств. Расходы на их текущий ремонт будут составлять 3 % от стоимости оборудования и транспортных средств. Прочие расходы принимаем в размере 4% от величины всех статей сметы РСЭО.

Таблица 2.8 - Расчет амортизации основного оборудования и транспортных средств (тыс. руб.)

Наименование	Количество	Стоимость ед. (условная)	Сумма	Норма	Сумма амортизац. отчислений
				амортизации
				%
1	2	3	4	5	6
Стандартное оборудование:
Самоходная пылеуборочная машина ПУМ	по 1 на корпус	787		10
Телескопический подъемник г/п 0,5т Н под. до 6м	по 1 на корпус	500		10
Трактор типа ВТЗ-30СШ	по 1 на корпус	1300		8
Трактор колесный типа МТЗ-1321	по 1 на корпус	1190		8
Вакуум-ковш для жидкого электролита вместимостью 5 т с эжектором и траверсой	по 5 на серию	250		10
Тележка для транспортировки ковша емк. 5т с электролитом	по 5 на серию	350		10
Крышка для 5-ти тонного ковша с жидким электролитом	по 5 на серию	560		10
Кран подвесной однобалочный г/п 1т	по 4 на корпус	300		10
Кран мостовой электрический г/п 10т, с пролетом L=25м	по 1 на корпус	450		10
Кран мостовой электрический г/п 32+32т с пролетом L=25м	по 1 на корпус	550		10
Машина уборочная с дистанционным управлением в комплекте с навесным оборудованием	по 1 на корпус	7000		5

Заключение

Согласно заданию на выпускную квалификационную работу «Расчет двух серий производства алюминия на силу тока 305 кА» в проекте была использована современная технология электролиза глинозема в электролизерах с катодами шпангоутного типа и с обожженными анодами.

Проведенные технические и экономические расчеты показали следующие результаты:

- производительность одного электролизера 2,307 т/сутки;

- производительность цеха в год 523 876 тонн алюминия;

- трудоемкость 0,001 чел/т, так как производство на 90 % автоматизировано;

- срок окупаемости капитальных вложений 5,97 лет.

В проекте определены: количество основного и вспомогательного оборудования; численность работников и фонд оплаты труда; стоимость и содержание производственных зданий и сооружений.

Расчеты подтверждают работоспособность конструкции электролизера, его футеровки и сохранение теплового баланса.

Приведены мероприятия по снижению затрат на сырье, материалы и электроэнергию, способствующие снижению себестоимости одной тонны алюминия.

 

Введение

В настоящее время обеспечение ресурсосберегающего производства первичного алюминия возможно только на мощных электролизерах с предварительно обожженными анодами.

Разработка технологии и способов конструирования электролизеров с высокой амперной нагрузкой выполняется с применением методов математического моделирования магнитных полей на основе современных представлений тепло- и массопереноса в криолит-глиноземных расплавах.

Рационально ресурсосбережение достигается при высоких скоростях растворения глинозема и его смесей в кислых электролитах, высоком уровне контроля технологических параметров, уменьшения влияния магнитного поля на металл и рециклинге катодной футеровки и использовании высокоуправляемых систем автоматизированного питания глиноземом для работы электролизеров с максимальными технико-экономическими показателями

В дипломном проекте содержатся расчеты: материального баланса, конструкции и количества электролизеров, электрические и тепловые расчеты, являющиеся основой оптимальной работы всего цеха. В специальной части рассмотрены и предложены к внедрению различные механизмы, эксплуатирующиеся в высокоамперном электролизном производстве. Экономические расчеты подтверждают окупаемость и рентабельность проекта.

 

Описательная часть

Состав и характеристика криолитоглиноземных расплавов

В основе производства алюминия лежит электролиз криолитоглиноземного расплава, так как алюминий очень электроотрицательный металл, который в больших масштабах можно получить только электролитическим способом. Электролит для получения алюминия представляет собой многокомпонентный солевой расплав, состоящий из криолита Na₃AlF₆ с некоторым избытком фторида алюминия, в котором растворен глинозем. В промышленном электролите всегда присутствует фторид кальция, снижающий температуру плавления, и прочие соли металлов, поступающие с перерабатываемым сырьем.

Практическая часть