Наведено результати експериментальних досліджень з визначення термодинамічних параметрів електролітів, що містять алюміній. Методом вимірювання електро-рушійної сили визначено вільні енергії створення металів у електролітах, що містять алюміній.

Здійснено порівняльний аналіз двох методів визначення стійкості подових блоків до впливу на них розплавленого електроліту, а саме: через визначення відносного здовження та коефіцієнта зруйнованості. Встановлено, що в обох методах на вірогідність результатів значно впливає підготовка зразка. Запропоновано варіант його підготовки для визначення коефіцієнта зруйнованості, який суттєво збільшує вірогідність результатів. Удосконалений метод визначення коефіцієнта зруйнованості рекомендовано для використання в алюмінієвій галузі.

Відоме і нині широко використовується число Лоренца металічних елементів. Зроблено спробу розповсюдити це поняття на вуглецевий матеріал катодних блоків алюмінієвих електролізерів. Показано, що для нормальної температури число Лоренца вказаного матеріалу становить (1,16 +- 0,6) ^. 10^-6(В/К)² і ним можна користуватися при розрахунках коефіцієнта теплопровідності цього матеріалу по відомим значенням коефіцієнтів електроопору.

Запропоновано метод переробки алюмінієвих зйомів, в основу якого покладено їх взаємодію з розплавленою сумішшю хлоридів натрію, калію та гексафторалюмінату натрію під дією постійного струму. Під час анодної поляризації алюмінієвих зйомів відбувається перерозподіл оксиду алюмінію між сольовою та металічною фазами, а також очищення від домішок металів з більш електронегативним щодо алюмінію електродним потенціалом. Визначено умови електролізу, кінетику перетворення оксиду алюмінію. Розроблено конструкцію реактора для переробки алюмінієвих зйомів.

Приведены результаты исследования возможности интенсификации процесса массопереноса в магнитодинамической установке на примере растворения в алюминиевом расплаве меди, стали и циркония. Ускорение процесса достигнуто за счёт амплитудной модуляции электромагнитной силы. В этом случае в алюминиевом расплаве создавали устойчивые колебания в заданном диапазоне частот 3 - 10 Гц. Показано, что осцилляция скорости способствует не только уменьшению толщины диффузионных пограничных слоев, но и оказывает силовое воздействие на границы кристаллитов в растворяющихся твердых добавках, ускоряя их эрозию. Установлено, что по сравнению со стандартным режимом работы магнитодинамической установки скорость растворения возросла более чем в три раза.

Запропоновано методику дослідження теплофізичних властивостей матеріалів сипучих та таких, що спікаються. Одержано температурні залежності теплоємності та теплопровідності холоднонабивних подових мас у температурному інтервалі 20 - 500 <$E symbol Р >C. Результати дослідження можна використовувати для числового моделювання технологічних процесів в алюмінієвих електролізерах.

Исследовано влияние частоты питающего тока 500 Гц на качество сплава Ал9, выплавленного в индукционной печи ИАТ-2,5/1,6 <$E roman м sup 3>. Установлено, что процессы перемешивания и перегрева расплава в печи происходят одновременно с процессами рафинирования, дегазации и измельчения всех составляющих сплава. Качество сплава повышается.

Отмечено, что применение корундовой массы МК-90 для изготовления футеровки индукционной печи позволяет уменьшить загрязнение алюминиевых сплавов неметаллическими включениями, снизить трудоемкость изготовления одного тигля на 80 чел/ч, повысить стойкость тигля в 1,2 раза, снизить вредные выбросы в окружающую среду. Масса МК-90 в 2,5 раза дороже жароупорного бетона и обладает повышенной чувствительностью к теплосменам, что приводит к образованию трещин на поверхности футеровки.

Разработаны оптимальный состав жароупорного бетона, способ его приготовления, технология изготовления и термообработки набивной футеровки печи. Стойкость футеровки составляет 7 - 8 мес. (700 - 800 плавок). Электрическая мощность печи при этом должна быть не более 800 кВт.

Досліджено питання підвищення якості литих чавунних контактів, зменшення їх перехідного електроопору та покращання експлуатаційних показників алюмінієвих електролізерів за рахунок вдосконалення технологічних параметрів чавунного лиття у комбіновані вуглеграфітові форми. Встановлено закономірності впливу хімічного складу, модифікування та технології виробництва чавуну на перехідний електроопір контакту чавун - вуглеграфіт і комплекс його ливарних і фізико-хімічних властивостей. Вдосконалено хімічний склад і технологію виробництва модифікованого чавуну, що забезпечують підвищення надійності та експлуатаційної стійкості алюмінієвих електролізерів.

Досліджено можливості використання екологічно чистого та мало витратного методу електрогідроімпульсної обробки (ЕГІО) для поліпшення технологічних властивостей та підвищення механічних характеристик сплавів на основі Al, в тому числі виплавлених з використанням вторинної сировини. Показано, що ЕГІО підвищує рідкоплинність, призводить до більш рівномірного розподілу елементів у сплаві, зменшує газонасиченість і пористість, подрібнює макро- та мікрозерно, збільшує дисперсність евтектики, сприятливо впливає на її морфологію та форму надлишкових фаз. Установлено загальні закономірності впливу параметрів ЕГІО на структурні характеристики сплавів. Найбільш значущим є запасена енергія W, варіювання якої викликає зміну розмірів макро- та мікрозерна за екстремальним законом з мінімумом за W = 1,25 - 2,5 кДж. Аналогічно на пористість впливає частота подачі імпульсів f. Екстремальний характер зміни розмірів зерна від W пояснюється з позицій сучасних уявлень про кластерну будову рідкого металу. Час обробки та f менше впливають на структурні характеристики сплавів. Визначено оптимальні параметри обробки, за яких забезпечуються найкращі властивості: пористість зменшується на 20 - 40 %, одночасно підвищується міцність ( ~ на 10 %) і пластичність ( ~ на 25 - 40 %).

Досліджено теплові режими виготовлення та введення в експлуатацію катодного вузла, розроблено їх оптимальні варіанти з метою подальшого впровадження для забезпечення безаварійної роботи алюмінієвих електролізерів. Розглянуто основні складові вуглеграфітової подини - катодні секції і набивні подові маси. Розраховано регламент попереднього розігріву струмовідводу, запровадження якого забезпечує утворення оптимального усадочного зазору. Теоретично та експериментально вивчено холоднонабивні маси. За результатами дослідження процесу газовиділення під час коксування мас, визначено температурні межі етапів коксування, розроблено температурний регламент полум'яного випалу подини, який впроваджено для випалу промислових електролізерів. Встановлено температурні залежності теплоємності й ефективної теплопровідності холоднонабивних мас, результати використано під час числового моделювання температурних полів міжблокових швів. Запропоновано методику діагностики стану коксування набивних швів подини в процесі випалу для обстеження випалу промислових електролізерів.

Вперше запропоновано способи електрошлакової виплавки бронз КН-1 і БрХ з відходів міді з легуванням першої нікелем, кремнієм і марганцем, а другої - хромом безпосередньо зі шлаку шляхом відновлення цих елементів з їх оксидів, які вводяться до шлакової ванни. Встановлено, що за електрошлакової плавки відходів алюмінієвих сплавів, які містять магній (до 2,5 %), для ефективного рафінування металу та збереження його хімічного складу в межах марочного необхідно в шлак системи NaCl - KCl додати карналіт (<$Eroman {KCl symbol . MgCl sub 2}>) з кріолітом <(Na 3 AlF6) у співвідношенні (1,2 - 1,7):1. З'ясовано, що вигар марганцю у процесі електрошлакової плавки відходів кремнієво-нікелевої бронзи КН1-3 не відбувається у разі дадавання в шлак АНФ-28 оксиду марганцю в кількості 2,8 - 5,0 % мас. З'ясовано, що для запобігання вигару хрому у процесі електрошлакової плавки відходів хромової бронзи БрХ необхідно до шлаку АНФ-7 додавати 1,5 - 3,0 % мас. оксиду хрому.

Висвітлено питання підвищення терміну служби алюмінієвого електролізера та підвищення стійкості його матеріалів. Вивчено деградацію властивостей існуючих матеріалів і оптимізацію хімічного складу та структурно-фазових і експлуатаційних характеристик футеровки. Проаналізовано, що однією з причин низького терміну служби алюмінієвого електролізера є застосування в футеровці матеріалів недостатньої якості та несумісних між собою матеріалів в процесі дослідження їх за умов промислового електролізера.

Обгрунтовано можливість підвищення терміну безаварійної експлуатації елементів футеровки алюмінієвих електролізерів на підставі вивчення деградації властивостей існуючих матеріалів, оптимізації хімічного складу, структурно-фазових та експлуатаційних характеристик футеровки. Проведено дослідження матеріалів футеровки за умов промислового електролізера. З'ясовано, що однією з причин низького терміну служби алюмінієвого електролізера є застосування у футеровці матеріалів недостатньої якості, а також таких, які несумісні між собою (корундо-карбідна кераміка на основі корунду глинозему керамічного та карбіду кремнію чорного). Встановлено, що побічні агресивні продукти електролізу Na, нижчі фторидні та кисневі сполуки алюмінію, кальцію, магнію, дифундуючи у футеровку катода, призводять до негативної зміни її хіміко-мінералогічного складу, зниження меж міцності та подальшого руйнування та виходу електролізера з ладу. На підставі аналізу алюмосилікатних вогнетривів визначено найбільш ефективну їх марку ШПДм-45 з масовим вмістом <$Eroman {Al sub 2 O sub 3 }> 48,7 %, вперше одержаного з домішкою шамоту мулітокорундового складу і титановмісного каоліну з оптимізацією температури відпалу.

Досліджено теплоелектричний і механічний (ТЕМ) стан енергоємних високотемпературних промислових агрегатів. Розвинуто теоретичні засади прямого методу граничних елементів для розв'язання крайових задач теорії потенціалу, теплопровідності та термопружнопластичності з урахуванням складного теплообміну, фазових переходів і контактної взаємодії, методики розрахунку теоретичних енергобалансів алюмінієвих електролізерів і печей графітації різної потужності. Розроблено числові моделі для розрахунку ТЕМ стану високотемпературних агрегатів, що орієнтовані на розв'язання проблем проектування у випадку створення нової техніки та прогресивних технологій. Досліджено вплив зміни технологічних параметрів на енергетичні й економічні показники експлуатації високотемпературних агрегатів.

По результатам одновременных измерений тока серии и падения напряжения на участке анод - катод электролизера, по изменению падения напряжения на электролизере, вызванном переменной составляющей тока серии определяются значения обратной эдс и общего сопротивления электролизера.

Рассмотрены вопросы контроля испарения алюминия из сплавов на основе интерметаллидов системы Ti - Al при электронно-лучевой выплавке. Определены основные факторы, влияющие на процесс испарения при данном способе плавки. Разработана методика управления составом сплавов, применимость которой доказана экспериментально.

Набули подальшого розвитку теоретичні засади методів граничних і скінченних елементів для крайових задач теорії теплопровідності та теплопружності з урахуванням складного теплообміну, фазових переходів і контактної взаємодії, методики складання теоретичних енергобалансів алюмінієвих електролізерів і печей графітування різної потужності. Розроблено числові моделі для розрахунку теплоелектричного та механічного стану високотемпературного обладнання, які орієнтовані на розв'язання проблем проектування під час створення нової техніки та прогресивних технологій. З використанням експериментальних данних, розроблених методик і числових моделей досліджено вплив зміни технологічних параметрів на енергетичні й економічні показники експлуатації високотемпературних агрегатів.

Рассмотрены научные основы комплексного теоретико-экспериментального исследования теплоэлектрического и механического (ТЭМ) состояния высокотемпературных агрегатов энергоемких производств. Получили развитие теоретические основы методов граничных и конечных элементов для решения краевых задач теории теплопроводности и термоупругопластичности с учетом сложного теплообмена, фазовых переходов и контактного взаимодействия, методики сложения теоретических энергобалансов алюминиевых электролизеров и печей графитирования различной мощности. Разработаны численные модели для расчета ТЭМ состояния высокотемпературного оборудования, ориентированные на решение проблем проектирования при создании новой техники и прогрессивных технологий. С использованием экспериментальных данных, разработанных методик и численных моделей исследовано влияние изменения технологических параметров на энергетические и экономические показатели эксплуатации высокотемпературных агрегатов.