1.2.3 Размеры катодного кожуха
Внутренние размеры катодного кожуха определяются из рассчитанных ранее размеров шахты электролизёра (формулы 21, 22) и толщины слоя теплоизоляционных материалов.
Длина катодного кожуха Lк, см:
Lк = Lш + 2 (Пу + 3,5), (27)
где: Lш - длина шахты, см;
Пу – толщина угольной плиты,;
3,5 – толщина теплоизоляционной засыпки в торцах электролизёра, см.
Lк =950 + 2 (20 + 3,5) = 997 см
Ширина катодного кожуха Вк, см:
Вк = Вш + 2 (Пу + 5), (28)
где: Вщ - ширина шахты, см;
3,5 – толщина теплоизоляционной засыпки в продольных сторонах электролизёра, см.
Вк =415 + 2 (20+5) = 465 см
Футеровка днища катодного кожуха выполняется следующим образом (снизу - вверх):
- теплоизоляционная засыпка 3 см;
- два ряда
легковесного шамота или красного
кирпича 2
6,5
см;
- три ряда шамотного
кирпича 3
6,5
см;
- угольная подушка 3 см;
- подовый блок 40 см.
Тогда высота катодного кожуха Нк, см будет:
Нк = 3 + 5* 6,5 + 3 + Нш + hб (29)
где: Нш - глубина шахты, см;
hб – высота подового блока, см.
Нк = 3 + 5 * 6,5 + 3 +56,5 +40 = 155,5 см
Принимаем катодный кожух контрфорсного типа с днищем. Число контрфорсов равно 20, по 10 с каждой продольной стороны. Стенки катодного кожуха изготавливаются из листовой стали толщиной 10 мм, днище – 12мм.
Кожух снаружи укреплен поясами жесткости из двутавровых балок или швеллеров.
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.
1.3.1 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, 239398 см2;
К - количество токоподводящих штырей (формула 22); 80 шт
Lср - среднее расстояние от подошвы анода до концов токоподводящих
штырей, принимаем 25-40 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.
1.3.2 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;
ρбл - удельное сопротивление прошивных блоков принимаем 3,72 * 10-3 Ом *см.;
Вш - половина ширины шахты ванны (формула 22), 415 см;
Вбл - ширина катодного блока (формула 34), 54 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, 0,731 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 =50 + 4 = 54
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
= 323 мВ
=0,323 В