Расчет электролизера по заданным параметрам (стр. 5 из 6)

Б2 тр-бл - расстояние от торца кожуха до оси третьего блюмса

Б2 тр бл=250+235+(2×550)+(2×40)+(0,5×550)=250+235+1100+80+275 =1940мм

Lк.ош.вых.ст=1660+8770+100+580+1900= 13010мм

Наименование токоподводящих элементов	Един. измер	Величина
Число шин по стоякам: глухая сторона, входной стояк глухая сторона, выходной стояк лицевая сторона, входной стояк лицевая сторона, выходной стояк	шт шт шт шт	6 1 5 2
Длина анодного стояка	мм	7720
Длина анодной шины	мм	8770
Длина катодной ошиновки: длина катодной ошиновки на входной стояк длина катодной ошиновки на выходной торец	мм мм	10390 13010

6. Электрический баланс

Расчёт электрического баланса состоит в определении падений напряжения в конструктивных элементах электролизёра, электролите и напряжения поляризации. Рассчитанные или принятые по практическим данным падения напряжения на отдельных элементах электролизёра сводятся в таблицу, которую принято называть электрическим балансом электролизёра.

На практике различают три вида напряжения:

U_ср═Е +▲ U_эл+▲ U_а+▲ U_к+▲ U_ош+▲ U_ан.эф+▲ U_с.ош.

среднее напряжение определяет средний расход электроэнергии на производство алюминия, его величина рассчитывается по показаниям счетчика вольт-часов.

U_г═Е +▲ U_эл+▲ U_а+▲ U_к+▲ U_ан.эфк

греющее напряжение используется для расчета теплового баланса, непосредственно замерить невозможно.

U_р═Е +▲ U_эл+▲ U_а+▲ U_к+▲ U_ош

Рабочее напряжение измеряется вольтметром, установленным на ванне, характеризует технологический режим электролиза в стационарном режиме , т.е. при отсутствии на нём выливки металла, перетяжки анодной рамы, обработки и анодного эффекта.

Е-напряжение поляризации ( Э.Д.С. поляризации ), обратная ЭДС 1,4-2,0 В, его можно рассчитать по эмпирической формуле. При температуре электролиза на электролизерах с ВТ:

Е=1,13+0.37 i _а=1,13+(0,37×0,73)=1,13+0,2701=1,4001В=1,40В

i _а – 0,73 анодная плотность тока, А/см².

▲ U_эл– падение напряжения в электролите, зависит от состава электролита, от чистоты электролита . Рассчитывается по уравнению:

▲ U_эл = Ipl/ [ Sa+2(Aa+Ba)(2,5 + l)]=300000×0,54×5,5/[ 219178,08 +2 ( 769,04 +285) (2,5 +5,5) ]= 475200 /[ 219178,08+16864,64] =475200 /236042,72 =2,013 В,где

I – сила тока, 300000А;

p – удельное электросопротивление электролита, принимаем из справочных данных 0,540 Ом×см, для состава электролита КО=2.4, содержание глинозема- 8%, фтористого кальция -6-8%;

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^-6Ом∙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