Расчет электролизера по заданным параметрам (стр. 4 из 6)

Ошиновка служит для подвода электрического тока к электролизёру.

Сечение шинопровода и спусков определяется исходя из величин силы тока и экономической плотности тока, которые для элементов токоподвода составляют ( А/мм²).

Алюминиевые шины 0,20- 0,35

Алюминиевые спуски 0,50-0,70

Медные спуски 0.8-1,2

Стальные части штырей и блюмсов 0,15-0,20

Определяем количество шин.

При расчете количества шин и спусков берутся их типовые промышленные размеры.

Принимаем экономически выгодную плотность тока для алюминиевых шин i_эк = 0,30 А/мм²и заданную силу тока 300000А. Сечение шинопровода будет равняться:

Sш═I/i_эк=300000/0,30=483333,33(мм²)

Определяем число шин в шинопроводе (шт). В промышленности используются шины сечением 430×60 - 800×100 мм²

Выбираем шину сечением S_1ш= 580×70 и определяем количество шин :

n═S_ш/S_1ш= 483333,33/(580×70)=483333,33/40600=11,9

округляем до 12 шт.

Реальная плотность тока при выбранном сечении шины и количества шин тогда получается :

i_эк = I/ S₁_ш× n=300000/(580×70)×12=300000/40600×12=0,298А/мм²

округляем до 0,30 А/мм²

Определим количество штырей.

Число штырей для электролизеров определяется из выражения

k═So / Sср , где

Sср- среднее сечение штыря, мм²(т.к . штыри имеют коническую форму);

So- общая площадь штырей, мм²

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 S₁_л)

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× S₁_л =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

Наименование токоподводящих элементов	Един. измер.	Величина
Шинопровод: количество шин сечение шины плотность тока фактическая	шт мм×мм А/мм²	12 580×70 0,298
Анодные штыри, количество Максимальный диаметр конической части Минимальный диаметр конической части плотность тока фактическая	шт мм мм А/мм²	64 138 100 0,199
Катодные спуски: количество спусков количество лент в спуске сечение ленты плотность тока фактическая	шт шт мм×мм А/мм²	28 54 200×0,8 0,6

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