Электрический баланс электролизера

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 U_СР, В на электролизёре определяет общий расход электроэнергии на производство алюминия и равно:

U_ср = Е_р + U_а + U_п + ∆U_аэ + U_эл + U_о + U_оо, (30)

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

U_А - падение напряжения в анодном устройстве, В;

U_П - падение напряжения в подине, В;

∆U_АЭ – доля падения напряжения при анодных эффектах, В;

U_ЭЛ - падение напряжения в электролите, В;

U_О - падение напряжения в ошиновке электролизёра, В;

U_ОО - падение напряжения в общесерийной ошиновке, В.

1 Падение напряжения в анодном устройстве

1.1 Падение напряжения в анодном устройстве ∆U_А, мВ определяется по уравнению А.М. Коробова:

U_А = , (31)

где Sa - площадь анода, см²;

К - количество токоподводящих штырей (формула );

L_ср - среднее расстояние от подошвы анода до концов токоподводящих штырей, принимаем 25 - 40 см.

d_a - анодная плотность тока, А/см²;

ρ_а - удельное электросопротивление анода в интервале температур 750 -760°С равно 8_*10^-3 Ом _*см.

∆U_А =

2 Падение напряжения в подине

2.1 Падение напряжения в подине, смонтированной из прошивных блоков, определяется по уравнению М.А. Коробова и А.М. Цыплакова, ∆U_П, мВ:

U_П = , (32)

где l_пр - приведенная длина пути тока по блоку (формула 33);

ρ_бл - удельное сопротивление прошивных блоков принимаем 3,72 _* 10^-3 Ом _*см.;

В_щ - половина ширины шахты ванны В_Ш = 206 см (формула );

В_бл - ширина катодного блока с учетом набивного шва, см (формула 34);

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

S_cт – площадь сечения блюмса с учетом чугунной заливки (формула 35), см²;

d_a - анодная плотность тока, А/см².

2.2 Приведенную длину пути тока по блоку l_пр, см определяем по уравнению:

l_пр = 2,5 + 0,92 _* h_бл - 1,1 _* h_ст (33)

где h_бл - высота катодного блока;

h_ст - высота катодного стержня, 14,5 см;

В_ст - ширина катодного стержня, 26 см

l_пр =

2.3 Ширина катодного блока с учетом набивного шва В_бл,см равна:

В_бл = b_б + с (34)

где b_б – ширина подового блока;

с – ширина набивного шва между блоками (из формулы 23).

В_бл =

2.4 Площадь сечения катодного стержня с учетом заделки равна:

S_ст = h_{ст *} В_ст (35)

S_ст =

2.5 Тогда падение напряжения в подине ∆U_П, В составит (по формуле 32):

∆U_П =

3 Доля падения напряжения от анодных эффектов

Величину падения напряжения от анодных эффектов ∆U_АЭ, В определяем по формуле:

∆U_АЭ = (36)

где U_АЭ – напряжение в момент анодного эффекта, принимаем 30 В;

n - длительность анодного эффекта, принимаем 1,5 мин;

k - частота анодного эффекта в сутки, принимаем 1;

1440 - число минут в сутках.

∆U_АЭ = -------------------------

4 Падение напряжения в электролите

Падение напряжения в электролите, Uэл, В определяется по формуле Форсблома и Машовца:

Uэл = (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.

Uэл = --------------------------------------

5 Падение напряжения в ошиновке электролизёра

Падение напряжения в ошиновке электролизёра принимаем на основании замеров на промышленных электролизерах: ∆U_О = 0,3 В

6 Падение напряжения в общесерийной ошиновке

Падение напряжения в общесерийной ошиновке принимаем на основании практических данных: ∆U_ОО = 0,016 В

Данные расчётов сводим в таблицу 2.

Таблица 2 - Электрический баланс электролизера на силу тока кА

Размеры в вольтах

Наименование участков	Ucp	Up	Uгр
Ер
UА
UП
UЭЛ
UАЭ		--
UО
UОО		--	--
Итого: