Расчет электролизера по заданным параметрам

                                                 Sср= π (d_б²  + d_м² )/8, где

       d_б –максимальный диаметр конической части штыря, мм.

       d_м - минимальный диаметр конической части штыря, мм.

       На  электролизерах с ВТ используются штыри  двух типов:

       Цилиндрические  штыри с медной рубашкой (d_б = 120мм, d_м =90мм)

       Составные ( сталь-алюминиевые) штыри (d_б = 138мм, d_м =100мм)

       В настоящее время все электролизеры  с силой тока более 130кА используют составные штыри. Для заданной  силы тока выбираем составные штыри.

       Sср= π (d_б²  + d_м² )/8= π ( 138² +100² )/8= π(19044+10000)/8=(3,14 ×29044)/8=11399,77мм²

       So= I/i_эк.шт

       Выбираем i_эк.шт =0,20 А/мм²

       So= I/i_эк.шт = 300000/0,2=725000мм²

       k═725000 /  11399,77=63,60 шт.

       Так как штыри располагаются в 4  ряда, то число штырей принимается кратным 4-м., т. е. количество штырей принимаем равным  64 шт.

       

       Фактическая плотность тока получается.

                     i_ф =300000/64×11399.77=300000/729585,3=0,199А/мм²

       Определим количество лент в  пакете  стального  блюмса.

       Стальные  блюмсы катодных блоков соединяются с катодными шинами при помощи гибких пакетов алюминиевых лент (спусков), приваренных  к катодным блюмсам и шинам.

       Число лент в пакете стального блюмса nл ( шт)

       nл═ I/( i_эк n_б S_1л)

       

       

       S_1л – сечение одной ленты, мм², на практике применяются ленты сечением 200×1,5 - 200×0,8 мм²

       i_эк - экономическая плотность тока , которая для алюминиевых спусков составляет  0,5 – 0,7 А/мм².

       Выбираем  ленту сечением 200×0,8 мм²,тогда

       S_1л = 0,8×200=160мм² 

       i_эк – 0,6 А/мм²

       nл = 3000000/ ( 0,6 ×28 ×160 )= 300000/2688= 54шт

       Фактическая плотность тока в  одной ленте.

       i_ф = I/ n_б × nл× S_1л =300000/ 28×54×160=300000/241920=0,6 А/мм²

       n_б – число катодных блюмсов равно числу подовых катодных секций, шт

       При проведении конструктивного расчёта  было  вычислено количество  катодных секций, которое оказалось  равным  28.

       Плотность тока в катодном блюмсе.

       i_бл = I/ S_бл× n_б

       Для выбранных катодных секций используются стальные блюмсы, сечением 230×115мм²

       i_бл = 300000/ 230×115×28=300000/740600=0,196А/мм² 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       

       

       Полученные  данные сведём в таблицу:

       Характеристика  токоподводящих элементов  электролизера

 
 
 
 
 
 
       

       

       Вычислим  количество шин по стоякам:

       Длину элементов ошиновки рассчитывают по геометрическим  размерам электролизера.

       Распределения тока по ветвям токоподвода принимаем  одинаковой. Нагрузку по стоякам используют  ассиметричную, для выравнивания воздействия магнитных полей на металл. При ассиметричной ошиновке нагрузка на глухой стороне- на  входном стояке -составляет 40% всего тока, и на выходном стояке -10%. На лицевой стороне- на входном  стояке - 33%,  на выходном -17%. Общее количество шин  было вычислено ранее и оказалось равным  14 шт.

       Число шин по стоякам:

       глухая  сторона, входной стояк  n _ш.вх.г.= 12×0, 4= 4,8    принимаем 5 шин

       глухая  сторона, выходной стояк  n _{ш.вых.г.=} 12×0, 1= 1,2 принимаем 1 шина

       лицевая сторона, входной  стояк  n _ш.вх.г.= 12×0,33= 3,96    принимаем 4 шины

       лицевая сторона, выходной стояк  n _{ш.вых.г.=} 12×0,17= 2,04  принимаем 2 шины

       Длина анодной шины.

       Lа.ш.=  Акож+(580+100×2)=8770+780=9550мм

       580- ширина шины, мм;

       100- расстояние от кожуха до анодного стояка, мм( принимается из сложившейся практики).

       Определим длину анодного стояка.

       Длина анодного стояка. Рассчитывается следующим образом. Принимаем за  нулевую  отметку- верхнюю  грань катодного кожуха «0».

       Высота  анода На=1700мм.

       Погружение  анода в электролит h _п.а.эл =100мм

       

       Расстояние  от верхней поверхности анода  до нижней части анодной шины 1200мм, при максимально верхним положением анодной рамы  ( принимается по практическим данным).

       L ₁ан.ст.= На+1200 h _п.а.эл +580=1700+1200-100+580=3380мм (выше «0» отметки);

       L ₂ан.ст = 580+ Н_ш + h_б -115=580+550+400-115=1415мм (ниже «0» отметки);

       115мм- высота катодного блюмса;

       L ₃ан.ст -горизонтальная часть анодного стояка;

       L ₃ан.ст= 380+(6×70)+0,5×Вкож=380+420+0,5× 4450 = 380 +420 +2225 =3025мм, где -

       380- расстояние от катодного кожуха до катодного пакета шин,мм ( принимается по практическим данным);

       6- количество шин в пакете,шт;

       70 – толщина одной шины,мм.

       Lан.ст= L ₁ан.ст+ L _2ан.ст+ L 3ан.ст = 3380+1415+3025=7820мм

       Вычислим длину катодной ошиновки.

       Длина катодной ошиновки. Складывается из длины катодной ошиновки на входной стояк и выходной стояк. Длина лицевой и глухой ветвей ошиновки одинаковы. Рассчитываем одну ветвь.

       Рассчитываем  расстояние между  торцами кожухов  двух рядом стоящих ванн.

       Ав-в= (100×2)+(580×2)+300=200+1160+300=1660мм

       300мм- расстояние между входными и выходными анодными стояками, соседних ванн, принимаем по практическим данным

       Рассчитываем  расстояние от торца кожуха до оси  первого блюмса.

       Б1 тр-бл= 250 +l_тор + d_б/2=250+235+550/2=250+235+275=760мм

       250мм- толщина бортовой футеровки

       Длина катодной ошиновки на входной стояк. Этот пакет шин тающий

       

       Lк.ош.вх.ст = Акож – Б1 тр-б+ Ав-в-100=9550-720+1660-100 = 10390 мм

       Длина катодной ошиновки на выходной торец. Этот пакет  постоянного сечения с равномерно распределенной нагрузкой

       Lк.ош.вых.ст = Ав-в + Акож +100+580+ Б2 тр-б

       Б2 тр-бл - расстояние от торца кожуха до оси третьего блюмса

       Б2 тр бл=250+235+(2×550)+(2×40)+(0,5×550)=250+235+1100+80+275 =1940мм

       Lк.ош.вых.ст=1660+8770+100+580+1900= 13010мм 

 
 
 
 
 
 
 
 

       6. Электрический   баланс

       Расчёт  электрического баланса состоит в определении падений напряжения  в конструктивных элементах электролизёра, электролите и напряжения поляризации. Рассчитанные  или принятые по практическим данным падения напряжения на отдельных элементах электролизёра сводятся в таблицу, которую принято называть электрическим балансом электролизёра.

         На практике различают три  вида напряжения:

       U_ср ═Е +▲ U_эл +▲ U_а  +▲ U_к +▲ U_ош +▲ U_ан.эф +▲ U_с.ош.

       среднее напряжение определяет средний расход электроэнергии на производство алюминия, его величина рассчитывается по показаниям счетчика вольт-часов.

       U_г ═Е +▲ U_эл +▲ U_а  +▲ U_к +▲ U_ан.эфк

       греющее напряжение используется для расчета  теплового баланса, непосредственно замерить невозможно.

       U_р ═Е +▲ U_эл +▲ U_а  +▲ U_к +▲ U_ош

       Рабочее напряжение измеряется вольтметром,  установленным на ванне, характеризует  технологический  режим электролиза в стационарном режиме , т.е. при отсутствии на нём  выливки  металла, перетяжки анодной  рамы, обработки и анодного эффекта.

       Е-напряжение поляризации ( Э.Д.С. поляризации  ), обратная ЭДС 1,4-2,0 В, его  можно рассчитать по эмпирической формуле. При температуре электролиза на электролизерах с  ВТ:

       Е=1,13+0.37 i _а =1,13+(0,37×0,73)=1,13+0,2701=1,4001В=1,40В

       i _а – 0,73 анодная плотность тока, А/см² .

       

       ▲ U_эл – падение напряжения в электролите, зависит от состава электролита, от  чистоты электролита . Рассчитывается по уравнению:

       ▲ U_эл = Ipl/ [ Sa+2(Aa+Ba)(2,5 + l)]=300000×0,54×5,5/[ 219178,08 +2   ( 769,04 +285) (2,5 +5,5) ]= 475200 /[ 219178,08+16864,64] =475200 /236042,72 =2,013 В,где

         I – сила тока, 300000А;

         p – удельное  электросопротивление  электролита, принимаем из справочных данных 0,540 Ом×см, для состава электролита КО=2.4, содержание глинозема-  8%, фтористого кальция  -6-8%;