1.3 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 UСР. В на электролизёре определяет общий расход электроэнергии на производство алюминия и равно:

Uср = Ер + ?Uа + ?Uп + ?Uаэ + ?Uэл + ? Uо + ?Uоо,(30)

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

?UА - падение напряжения в анодном устройстве, В;

?UП - падение напряжения в подине, В;

?UАЭ - доля увеличения напряжения при анодных эффектах, В;

?UЭЛ - падение напряжения в электролите, В;

?UО - падение напряжения в ошиновке электролизёра, В;

?UОО - 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 ?UА, мВ равно:

,(31)

где Sa - площадь анода, 240909 см2;

К - количество токоподводящих штырей (формула 22) 76;

Lср - среднее расстояние от подошвы анода до концов токоподводящих штырей, принимаем 35 см.

da - анодная плотность тока, 0,66 А/см2;

са - 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:

(32)

где lпр - приведенная длина пути тока (формула 33), 28,43см;

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

Вш - половина ширины шахты ванны (формула 22), 412 см;

Вбл - ширина катодного блока (формула 34), 59 см;

a - ширина настыли, равна расстоянию от продольной стороны анода до боковой футеровки, 63,5 см;

Scт - площадь сечения блюмса (формула 35), 377 см2;

da - анодная плотность тока, 0,66 А/см2.

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

(33)

где hбл - высота катодного блока;

hст - высота катодного стержня, 14,5 см;

Вст - ширина катодного стержня, 26 см

см

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

Вбл = bб + с,(34)

где bб - ширина подового блока;

с - ширина набивного шва между блоками.

Вбл = 55 + 4 = 59

Площадь сечения катодного стержня с учетом заделки равна:

Sст = hст * Вст (35)

Sст = 14,5 * 26 = 377 см2

Тогда падение напряжения в подине ?UП, В составит (формула 32):

Uп = 0,312 мВ = 312 В

Доля увеличения напряжения от анодных эффектов

Величину падения напряжения от анодных эффектов ?UАЭ, В определяем по формуле:

(36)

где UАЭ - 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, Uэл, В определяется по формуле Форсблома и Машовца:

(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: ?UО = 0,3 В

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 159 кА

Размеры в вольтах