Расчет электролизера по заданным параметрам

          l – межполюсное  расстояние, принимаем из практических данных 5,5см;

          Sa - площадь сечения анода , 207142,85 см² ;

         2(Aa+Ba) -длина и ширина анода , 726,81 ×285см.

       ▲ U_а  - падение напряжения в аноде, определяется конструкцией анода, рассчитывается по уравнениям.

       Для электролизеров с ВТ:

       ▲ U_а  = {26000-(16000-10,9 Sa/k-805l_ср - l_ср Sa/6,85 k) i _а}q

       ▲ U_а  - падение напряжения в аноде на участке от подошвы анода до контакта  штырь- анодная шина, мВ;

       Sa – площадь анода,219178,08;

       k- число штырей(64шт);

       l_ср –среднее расстояние от всех токоподводящих штырей до подошвы анода, см;

       i _а –  анодная плотность тока( 0,70А/см² );

       q – среднее удельное сопротивление анода в интервале температур 750-950⁰С , принимаем 0,0070 Ом ^.см;

       l_ср = l_min  + (n_r – 1)∆ l /2=23+(4-1)10/2=23+3×5=38см

         l_min  -минимальное расстояние от конца штыря до подошвы анода, принимаем из практики 23см;

       

       n_r – число горизонтов, принимаем наиболее оптимальную на сегодня 4-х -горизонтную;

       ∆ l – расстояние между горизонтами, при 4-х горизонтной схеме, 10 см

       ▲ U_а  = {26000-(16000-10,9× 219178,08/64 – 805 ×38 - 38× 219178,08 /6,85×72) × 0,75}0,007={26000-(16000 -33181,126- 30590 – 16887,2) ×0,73} 0,007={26000-(16000 -33181,126- 30590 – 16887,2)×0,75} 0,007=732 мВ

       ▲ U_к – падение напряжения в катоде, рассчитывается по уравнению. Падение напряжения в металле в балансе не учитывается, т.к  удельное электросопротивление  жидкого  алюминия при температуре процесса очень низкое, ниже чем в электролите в 15000раз.

            ▲ U_к ={L_пр ×q ×10³ + (3,83 ×10^-2  ×А² +2,87а ×а^1/3 ) В/S}i_a

       L_пр – приведенная длина пути по блоку, см;

                                         L_пр= 2,5 + 0,92Н - 1,1h + 132/b

       q- удельное сопротивление блока, Ом×см ;

       А- половина ширины шахты,395/2= 197,5 см;

       В- ширина блока с учетом шва, 55+4= 59 см;

       S- площадь поперечного сечения катодного блюмса с учетом чугунной заливки, 26,5×14,5=384,25см²;

       а- ширина настыли, 55+10=65см ( равно расстояние борт – анод плюс 10-15см);

       Н- высота блока, 40см;

       h- высота блюмса,11,5см;

       b- ширина блюмса,23 см;

       q= 0,006(1-0.00025t_ср)=0,006(1-0,00025×900)= 0,006(1-0,225)=0,00465 Ом×см

       t_ср – средняя  температура блока, принимаем из практических замеров 900⁰С

       

       L_пр= 2,5 + 0,92Н - 1,1h + 132/b= 2,5+0,92×40 -132/11,5=2,5+36,6-11,48 = 27,62см

            ▲ U_к ={62 ×0,00465 ×10³ + (3,83 ×10^-2  ×197,5² +2,87×65×65^1/3 ) 59/384,25}0,73 ={27,62×0,00465×1000 + (3,83×0,01×39006,25 + 2,87×65×4,021) ×0,154}×0,73={127,052+( 1493,94+750,12)×0,154}×0,73= 345,03мВ

       ▲ U_ош – падение напряжения в ошиновке рассчитывают   по отдельным элементам ошиновки и прибавляют падение напряжения в контактах.

       На  пакете шин постоянного сечения, в которых сила тока не изменяется по длине,  падение  напряжения  может быть вычислено  по закону  Ома:

       Анодные стояки. Рассчитываем перепад одной ветви.

       ▲ U_ош.ст = q l i_ош = q l I/ S=3,332×10^-6×15,64×0,28×10⁴ =16,154×10^-2 =0,16154в=161,54мВ

       l- длина участка шинопровода, 782×2=15,64 м

       q –удельное электросопротивление в стояках,Ом∙см:

       q =2,80(1+0,0038×t) 10^-6 =2,8(1+ 0,0038×50)10^-6 =2,8×1.19×10^-6  = 3,332 ×10^-6 Ом∙см;

       t –принимаем температуру стояка среднегодовую 50⁰С, практические данные;

       i_ош – плотность тока, 0,28А/мм²;

       Для пакета шин постоянного сечения  при достаточно большом числе  подводов и отводов тока при условии, что они равномерно распределены по длине пакета и ток в них одинаков ( к такому пакета шин относится анодная ошиновка):

       ▲ U_ош.ан = q l i_ош.мак /3= q l I/3 S=3,332×10^-6×9,3×0,28×10⁴ /3 =9,606×10^-2 /3 =3,202×10^-2 = 0,0320в=32мВ

         l - длина анодной шины 9,3м

       Для тающего пакета шин при достаточно большом числе подводов и отводов тока при условии, что они равномерно распределены по длине пакета и ток в них одинаков  ( к такому пакета шин относится катодная ошиновка идущая на входной торец  следующей ванны):

       

            ▲ U1_ош.к = q l i_ош. /2= q l I/2 S_мак =3,332×10^-6×(9×0,59)×0,28×10⁴ /2=3,332×5,31×0,28×10^-2 /2=2,74×10^-2=0,0274в=27,4мВ

       9×0,59=5, 31м длина участка подключения спусков.

       ▲ U2_ош.к = q l i_ош=3,332×10^-6×(9,36-5,31)×0,28×10⁴ =3,332×10^-6×4,05×0,31×10⁴= 4,183×10^-2=0,04183в=41,83мВ

       Падение напряжения в катодной ошиновке идущей на выходной торец следующей ванны

         ▲ U1_ош.к = q l i_ош.мак /3= q l I/3 S на участке подключения спусков

       ▲ U1_ош.к =3,332×10^-6×0,59×0,28×10⁴ /3=0,61×10^-2/3 =0,002в=2мВ

       ▲ U2_ош.к= q l i_ош на участке от последнего подключенного спуска, до выходного торца следующей ванны.

       ▲ U2_ош.к =3,332×10^-6×(12,760-0,59)×0,28×10⁴ =3,332×12,17×0,31×10^-2 =0,126в=126мВ

       ▲ U_ош.к=27,4+41,83+2+126=197,23мВ

       U_ош.= ▲ U_ош.к +▲ U_ош.а+▲ U_ош.ст =197,23+32+161,54=390,77мВ

       Падение напряжения в контактах принимаем по практическим данным

       Катодный  блюмс- катодный спуск -0,006В

       Катодный  спуск –катодная шина    -0,003В

       Катодный  спуск                                 -0,033В

       Катодная  шина- стояк                       - 0,003В

       Анодная шина- стояк                        - 0,002В

       Штырь-анодная  шина                       -0,008В

       Контакт стояк- гибкая шина             - 0,002В

                          ИТОГ                                 -0,057В

       ▲ U_ош = 390,77мв +57мв = 447,77мв= 0,44777В

       

       ▲ U_ан.эфк – падение напряжения от анодных эффектов зависит от числа эффектов, продолжительности, напряжения вспышки.

                  ▲ U_ан.эфк = ( U_ан.эфк -  U_раб ) ∙n ∙ t / 1440

       U_ан.эфк – напряжение анодного эффекта, ( 30-40В), принимаем 30В

       n – количество анодных эффектов на один электролизер( частота вспышек), принимаем1,2 шт

       t – продолжительность анодного эффекта, (2-3) мин, принимаем 2,5мин

       

       

       1440 – количество минут в сутках

       ▲ U_ан.эфк = ( U_ан.эфк -  U_р ) ∙n ∙ t / 1440= (30-4,792) ×1,2× 2,5/1440 = 25,206 ×1,2× 2,5/1440=0,0525В

       U_р ═Е +▲ U_эл +▲ U_а  +▲ U_к +▲ U_ош = 1,41 +2,153 +0,43+ 0,35448 + 0,45434 = 4,79182В

       ▲ U_с.ош. – падение  напряжения в общесерийной ошиновке рассчитывают исходя из длины шинопроводов, проходящих по торцам корпуса, средним проездам внутри корпуса и между корпусами. Она составляет 0,03-0,05в на ванну. Принимаем 0,04В.

       Электрический баланс электролизера                                     

 
 
 
 

       Список  литературы 

       

1. Металлургия алюминия / Ю.В. Борисоглебский , Г.В. Галевский, Н.М. Кулагин, М.Я. Минцис, Г.А. Сиразутдинов. – 2-е изд.  – Новосибирск: Наука. Сибирская издательская фирма РАН, 2000.
2. Расчёт и проектирование алюминиевых электролизёров/ Ю.В.Борисоглебский.- Л.: ЛПИ, 1981.