Электрический баланс электролизёра

Электрический расчёт электролизера заключается в определении всех составляющих падения напряжения на электролизёре, включая напряжение разложения глинозёма и долю падения напряжения при анодных эффектах.

Среднее напряжение U_СР. В на электролизёре определяет общий расход электроэнергии на производство алюминия и равно:

U_ср = Е_р + ∆U_а + ∆U_П + ∆U_АЭ + ∆U_ЭЛ + ∆ U_О + ∆U_ОО, (2.30)

где Е_Р - напряжение разложении глинозема (или ЭДС поляризации) 1,5 В;

∆U_а - падение напряжения в анодном устройстве, В;

∆U_П - падение напряжения в подине, В;

∆U_АЭ – доля увеличения напряжения при анодных эффектах, В;

∆U_ЭЛ - падение напряжения в электролите, В;

∆U_О - падение напряжения в ошиновке электролизёра, В;

∆U_ОО - падение напряжения в общесерийной ошиновке, В.

Падение напряжения в анодном устройстве

Падение напряжения в анодном устройстве состоит из суммы падений напряжения в ошиновке, контактах и аноде. При ориентировочных расчётах для определения падения напряжения в аноде с верхним токоподводом пользуются уравнением, предложенным М.А. Коробовым, тогда ∆U_А, мВ равно:

, (2.31)

где Sa - площадь анода, 236662 см2;

К - количество токоподводящих штырей (формула 2.20); 80

Lср - среднее расстояние от подошвы анода до концов токоподводящих штырей, принимаем 25 см.

da - анодная плотность тока, 0,731 А/см2;

ρа - удельное электросопротивление анода в интервале температур 750 -950 °С равно 8*10-3 Ом *см.

Падение напряжения в подине

Падение напряжения в подине, смонтированной из прошивных блоков, определяется по уравнению М.А. Коробова и А.М. Цыплакова, ∆UП, мВ:

(2.32)

Где lпр - приведенная длина пути тока (формула 2.33), 28,43см;

Рбл - удельное сопротивление прошивных блоков принимаем 3,72 * 10-3 Ом *см.;

Вш - половина ширины шахты ванны (формула 2.22), 207,5 см;

Вбл - ширина катодного блока (формула 2.34), 54 см;

a - ширина настыли, равна расстоянию от продольной стороны анода до боковой футеровки, 65 см;

Scт – площадь сечения блюмса (формула 2.35), 377см2;

da - анодная плотность тока, 0,731 А/см2.

Приведенную длину пути тока по блоку lпр, см определяем по уравнению:

(2.33)

где hбл - высота катодного блока; 40

hст - высота катодного стержня, 14,5 см;

Вст - ширина катодного стержня, 26 см

см

Ширина катодного блока с учетом набивного шва Вбл,см равна:

В_бл = b_б + с, (2.34)

Где bб – ширина подового блока;

с – ширина набивного шва между блоками.

В_бл = 50 + 4 = 54

Площадь сечения катодного стержня с учетом заделки равна:

S_ст = h_{ст *} В_ст (2.35)

S_ст = 14,5 * 26 = 377см²

Тогда падение напряжения в подине ∆UП, В составит (формула 2.32):

Доля увеличения напряжения от анодных эффектов

Величину падения напряжения от анодных эффектов ∆U_АЭ, В определяем по формуле:

(2.36)

где U_АЭ – напряжение в момент анодного эффекта, принимаем 30 В;

n - длительность анодного эффекта, принимаем 0,8 мин;

k - частота анодного эффекта в сутки, принимаем 0,5;

1440 - число минут в сутках.

В

Падение напряжения в электролите

Падение напряжения в электролите, Uэл, В определяется по формуле Форсблома и Машовца:

(2.37)

где I - сила тока, А;

р - удельное электросопротивление электролита, равно 0,53 Ом * см;

l - межполюсное расстояние, по практическим данным принимаем 5,5 см;

Sа - площадь анода, см2 (формула );

2 (La + Вa) - периметр анода, см.

В

Падение напряжения в ошиновке электролизёра

Падение напряжения в ошиновке электролизёра принимаем на основании замеров на промышленных электролизерах: ∆U_О =0,25В

Падение напряжения в общесерийной ошиновке

Падение напряжения в общесерийной ошиновке принимаем на основании практических данных: ∆_UОО = 0,016 В

Таблица 2 - Электрический баланс электролизера на силу тока 173 кА

Размеры в вольтах