5.5. Междуполюсное расстояние (мпр).

Рабочее и среднее напряжение

Другим важным параметром процесса электролиза является междуполюсное расстояние, т.е. расстояние между подошвой анода и поверхностью жидкого металла, выполняющего роль катода. Поскольку в междуполюсном зазоре реализуется большая часть энергии электролизера (порядка 75-80%), то значение МПР существенно влияет на все стороны его работы.

Междуполюсное расстояние, при котором достигается максимальная производительность ванны, носит название оптимального МПР. При оптимальном МПР достигается наибольший выход по току и низкий расход фтористых солей на тонну алюминия. Для каждого типа и мощности электролизеров подбирается свое оптимальное значение МПР, которое может составлять от 4,5 до 6,0 см.

Расход электроэнергии на тонну алюминия пропорционален уменьшению МПР и общему электрическому сопротивлению ванны . Например, при уменьшении междуполюсного расстояния с 5,5 до 5,0 см рабочее напряжение на ванне снизится примерно на 0,15 В, а расход электроэнергии на 1т металла уменьшится на 500 кВтּч. Отрицательное воздействие сближения анода с катодом в этом случае будет компенсироваться снижением греющей мощности в междуполюсном зазоре и уменьшением за счет этого температуры электролита.

Напротив, с увеличением междуполюсного расстояния выше оптимального значительно повышается рабочее напряжение и перегрев электролита. Проведенные измерения показали, что при рабочем напряжении 4,2 В перегрев электролита под центром анода относительно периферии (электролизер ВТ на 160 кА) составляет 6-8⁰С, при 4,4 В он равен 9-12⁰С, а при 4,6 В - 15⁰С. Выход по току будет соответственно ниже приблизительно на 0,7 и 1,5%. Положительный эффект удаления анода от поверхности расплавленного алюминия в этих примерах теряется из-за существенного роста греющей мощности и увеличения перегрева электролита.

Значительные перекосы, усиленная циркуляция и волнение металла на электролизерах большой мощности, как правило, не позволяют уменьшить МПР ниже 5,0-5,5 см. Однако для современных электролизёров ОА с минимальным уровнем МГД-нестабильности (как за счёт технологических, так и конструкционных факторов) целевым значением МПР является 4,5 см.

В то же время на электролизерах малой и средней мощности междуполюсное расстояние в пределах 4,5-5,0 см можно считать вполне реальным. При снижении междуполюсного зазора ниже критического происходит «зажатие» МПР и выход ванны на «горячий» режим, о чем будет сказано в следующей главе.

Оптимальные значения междуполюсного зазора находятся в прямой зависимости от целого ряда факторов, включая тепловую изоляция катода, силу тока, частоту обработок, число анодных эффектов и др. Все процессы, связанные с увеличением приходной части теплового баланса или уменьшением расходной части, должны сопровождаться корректировкой МПР. В противном случае превышение прихода тепла над расходом приведет к разогреву электролизера. Если какой-либо тип ванн работает на нижнем допустимом (критическом) пределе МПР, то повышение силы тока в серии должно компенсироваться повышением частоты и качества обработки, снижением числа анодных эффектов и интенсификацией теплоотдачи от ванны.

Как отмечалось в разделе 1.3 первой главы, рабочее напряжение на ванне складывается из перепада напряжения на отдельных её участках. Падение напряжения в электролите происходит за счет его активного омического сопротивления и составляет 1,6-1,8 В, падение напряжения в катоде равно 0,30-0,35 В, а перепад напряжения в аноде зависит от его типа и составляет 0,50-0,65 В на самообжигающихся анодах и 0,30-0,40 В - на обожженных. Падение напряжения в ошиновке зависит от её конструкции и способа подключения измерительного прибора.

Технолог должен стремиться к максимальному снижению всех составляющих рабочего напряжения, что обеспечивает минимальный расход энергии на электролиз. Для выполнения этого условия необходимо обратить наибольшее внимание на надлежащее исполнение следующих операций.

1. На электролизерах ВТ для уменьшения перепада напряжения в аноде необходимо обеспечить заданную установку штырей на горизонты, не допуская число отклонений по установке более 3% от общего числа штырей. Очень важен хороший контакт между штырем и угольным анодом, поэтому поверхность штыря должна быть тщательно зачищена от окалины.

Для уменьшения перепада напряжения в самом теле анода необходимо производить своевременную перестановку штырей, не допуская завышения расстояния штырь-анод, которое должно соответствовать требованиям технологической инструкции. Кроме того, необходимо выполнять все требования, направленные на соблюдение необходимых условий формирования анодов.

На электролизерах БТ должны быть выполнены аналогичные условия с учётом специфики бокового подвода тока. На электролизерах ОА специфика иная, связанная с условиями чугунной заливки ниппелей и состоянием анододержателей. Более подробно технология ведения анодного хозяйства изложена в главе 7.

2. Для уменьшения перепада напряжения в электролите следует строго выдерживать оптимальное значение МПР, своевременно снимать угольную пену и не допускать науглероживания электролита, подбирать состав электролита с максимальной электрической проводимостью, поддерживать уровень электролита в пределах, заданных технологической инструкцией.

3. Для уменьшения перепада напряжения в подине следует своевременно подтягивать осадки к борту, не допускать образования подовых настылей и «коржей», следить за состоянием контактов блюмс-гибкая шинка и шинка-катодная шина.

Оптимальное значение рабочего напряжения для всех типов электролизеров находится в пределах 4,1-4,3 В. Для расчёта среднего напряжения на электролизёре необходимо учесть перепады напряжения в соединительной ошиновке и за счёт анодных эффектов.

Повышение среднего напряжения за счет анодных эффектов зависит от их длительности и частоты, а также от среднего напряжения во время вспышки. Если число анодных эффектов в сутки 2, длительность 3 минуты, рабочее напряжение 4,3 В, напряжение на ванне во время анодного эффекта 30 В, то увеличение среднего напряжения за счет вспышек составит на 1 ванну.

Уменьшить эту величину можно за счет сокращения длительности и частоты анодных эффектов. Это достигается путем использования современных систем управления технологическим процессом, основанных на предупреждении анодных эффектов в автоматическом режиме.