Конструктивный расчет электролизера

Конструктивный расчет электролизера служит для определения основных размеров (габаритов) электролизера и размеров элементов его конструкции. Любой алюминиевый электролизер состоит из следующих основных частей:

- анодное устройство;

- катодное устройство;

- ошиновка:

- система автоматического питания ванн глинозёмом (АПГ).

Расчёт анодного устройства

Анодное устройство электролизера предназначено для подвода электрического тока в зону протекания процесса электролиза. Анодное устройство состоит из несущей рамы с токоподводящей алюминиевой шиной, вертикально установленных штырей, анодного кожуха, угольного тела анода и механизмов перемещения анода и анодного кожуха.

Размеры анода

1.1.1 Конструктивный расчёт начинают с расчёта размеров анода. Зная силу тока и анодную плотность тока легко определить площадь анода Sa, см²

(15)

где I - сила тока, А

d_a - анодная плотность тока, А/см²

Sa = ---------------

1.1.2 Электролизёр С–8БМ имеет анод прямоугольного сечения шириной Ва = 285см. Тогда длина анода Lа, см равна:

(16)

La = ------------------

Расчет токоподводящих штырей

1.2.1 Количество токоподводящих штырей зависит от силы тока и допустимой для штырей плотности тока d_ш. Применяемые анодные штыри являются составными и имеют следующие размеры, мм:

- общая длина – 2700;

- длина стальной конусной части – 1950;

- длина алюминиевой штанги – 1040;

- максимальный диаметр, Dmax – 138;

- минимальный диаметр, Dmin – 100.

1.2.2 Так как штырь имеет форму усечённого конуса, то расчёт ведут по среднему диаметру. Определяем средний диаметр штыря D_ш

D_ш = (17)

где Dmax и Dmin – максимальный и минимальный диаметры штыря.

D_ш = ------------------

1.2.3 Площадь сечения одного штыря S_ш, мм² равна

S_ш = (18)

S_ш =--------------------

1.2.4 Общая площадь сечения всех штырей S_О, мм² определяется по формуле

S_О = (19)

где I - сила тока, А;

d_ш - 0,2 А/мм², допустимая плотность тока в стальной части штыря.

S_О = ----------------

1.2.5 Зная площади сечения всех штырей и одного штыря, определяют количество штырей, К по формуле:

К = (20)

К = ----------------

Штыри на анодной раме расположены симметрично в четыре ряда, поэтому принимаем их количество кратным четырём, то есть ____ штук, по_____ в ряду.

Расчёт катодного устройства

Катодное устройство электролизёра предназначено для протекания процесса электролиза в криолитоглиноземном расплаве. Катодное устройство состоит из стального сварного кожуха, теплоизоляционного днища и углеродистой футеровки, образующей шахту электролизёра.

Размеры шахты электролизёра

2.1.1 Внутренние размеры шахты электролизера рассчитывают, исходя из длины анода (формула 16) и принятых расстояний от анода до стенок боковой футеровки (рисунок 1). Для данного типа электролизёра установлено, что расстояние

- от продольной стороны анода до боковой футеровки кожуха, a = 65 см

- от торца анода до торцевой футеровки кожуха, b = 55 см.

Рисунок 1 - Схема анода и шахты электролизёра

2.1.2 Тогда длина Lш, см и ширина Вш, см шахты будут:

Lш = Lа + 2b (21)

Lш =

Вш = Ва + 2a (22)

Вш =

2.1.3 Глубину шахты электролизёра принимаем 56,5 см, как в С-8БМ.

Расчёт подины

2.2.1 Катодное устройство электролизёра имеет сборно-блочную подину, смонтированную из коротких и длинных прошивных блоков в перевязку. Принимаем катодные блоки размерами:

- высотой h_б = 40 см,

- шириной b_б = 55 см,

- короткие l _кб = 160 см

- длинные l _дб = 220 см

Для отвода тока от подины в подовые блоки вставлены и залиты чугуном (или заделаны электродной пастой) стальные катодные стержни (блюмсы):

- для блока 160 см длина блюмса 219 см;

- для блока 220 см длина блюмса 279 см.

Катодный блок с заделанным блюмсом называется катодной секцией.

2.2.2 Число рядов секций в подине, N_р определяют исходя из длины шахты:

(23)

где b_б – ширина подового блока (п. 2.2.1);

с – ширина шва между всеми блоками, 4 см.

N_р = ---------------

2.2.3 Всего катодных секций N_с, равно:

N_с = N_р * 2 (24)

N_с =

Рисунок 3 - Схема укладки подовых секций

Подина данного электролизера монтируется из ___ подовых секций с перевязкой центрального шва. Межблочные швы при монтаже подины заделываются холодно набивной подовой массой (ХНПМ).

2.2.4 Ширина периферийных швов от подовых секций до футеровки будет равна:

- в торцах подины, b_т,

b_т = (25)

b_т = ---------------------------------

- по продольным сторонам, b_п:

b_п = (26)

b_п = -------------------------------

Периферийные швы при монтаже подины набиваются ХНПМ.

Размеры катодного кожуха

2.3.1 Внутренние размеры катодного кожуха определяются из рассчитанных ранее размеров шахты электролизёра (формулы 21, 22) и толщины слоя теплоизоляционных материалов.

2.3.2 Длина катодного кожуха Lк, см:

Lк = Lш + 2 (Пу + 3,5) (27)

где Lш - длина шахты, см;

Пу - толщина угольной плиты, 20 см;

3,5 – толщина теплоизоляционной засыпки в торцах электролизёра, см.

Lк =

2.3.3 Ширина катодного кожуха Вк, см:

Вк = Вш + 2 (Пу + 5) (28)

где Вщ - ширина шахты, см;

5 – толщина теплоизоляционной засыпки в продольных сторонах электролизёра, см.

Вк =

2.3.4 Высота катодного кожуха рассчитывается по высоте футеровки Н_ф, см и глубине шахты Нш, см. Футеровка днища катодного кожуха выполняется снизу вверх:

- теплоизоляционная засыпка 3 – 5 см;

- два ряда легковесного шамота или красного кирпича 2 6,5 см;

- три ряда огнеупорного кирпича 3 6,5 см;

- угольная подушка 3 – 5 см;

- подовый блок 40 см.

Тогда высота катодного кожуха Нк, см будет:

Нк = Н_ф + Нш (29)

Нк =

2.3.5 Применяю катодный кожух контрфорсного типа с днищем. Число контрфорсов равно ____, по ____ с каждой продольной стороны. Стенки катодного кожуха изготовлены из листовой стали толщиной 10 мм, днище 12 мм. Кожух снаружи укреплен поясами жесткости из двутавровых балок или швеллеров.