--PAGE_BREAK--
Литейные сплавы.
Широкое применение получили сплавы, основной легирующей добавкой в которых является Si, сплавы с содержанием Siв 10-13% называются силумины. Помимо Siиспользуются в качестве легирующих добавок Cu, Mn, Si, Mg, Zn. Такие сплавы применяются для изготовления деталей практически во всех отраслях
Основные направления потребления первичного алюминия
Вид продукции
Строительство
Транспорт
тнп
Элсктро техника
Машиностроение
Упаковка
Всего
Листы
Плиты
Штамповки
Прессованные изделия
Трубы
Фольга
Электропроводники
13,6
-
-
10,2 0,3
0,2
-
4,2 1,9 0,8 3,2 0,3 0,2
-
3,4
-
-
1,0 1,0 0,5
-
1,6
0,1
-
1,7 0,5
0,2
7,7
1,8
0.3
0,2
1,3
1,1
0,2
-
17,9
-
-
-
-
5,8
-
43,2
2,5
1,2
18,3
3,2
7,1
7,7
Всего...
24,3
10,6
5,9
11,8
5,9
23,7
1.3. Производство алюминия
Основным способом получения алюминия является электролиз криолитоглиноземных расплавов
Первые промышленные электролизеры были рассчитаны на силу тока до 0,6кА, и за последующие 100 лет используемая сила тока возросла до 300кА и более. Тем не менее, это не внесло существенных изменений в основы производственного процесса.
Общую схему производства алюминия можно представить в виде:
Основным агрегатом в этой схеме является электролизер
Принципиальная схема электролизера с самообжигающимся анодом (Содерберга)
Электролит представляет собой расплав криолита с небольшим избытком фтористого алюминия, в котором растворен глинозем. Процесс протекает при переменных концентрациях глинозема от1% до 8%. Сверху в ванну опущен угольный анод, частично погруженный в электролит. Существует два основных типа расходуемых анодов самообжигающиеся и предварительно обожженные.
Самообжигающиеся аноды используют тепло электролиза для обжига анодной массы, состоящей из смеси кокса-наполнителя и связующего – пека. Сам угольный анод находится в стальной рубашке.
Обожженные аноды представляют собой предварительно обожженную смесь кокса и пекового связующего
К аноду подводится положительный полюс электрической цепи постоянного тока. Для самообжигающихся анодов - посредством запеченных в угольную часть анода стальных или сталь-алюминиевых токоподводов (штырей). Штыри посредством зажимов крепятся к анодной раме, подвешенной на домкратах. Домкраты перемещают анодную раму и весь анод.
Расплавленный алюминий при температуре электролиза 950-9600С тяжелее электролита и находится на подине электролизера. К подине подводится отрицательный полюс цепи постоянного тока.
Криолитоглиноземные расплавы очень агрессивны, противостоять им могут углеродистые материалы или некоторые новые материалы. Из них и выполняется внутренняя футеровка электролизера. В нижнюю часть угольной футеровки заделаны стальные стержни, через которые производится токоподвод. Для поддержания тепла в электролизере за углеродистой футеровкой ванны располагается огнеупорная и теплоизоляционная футеровка. Вся футеровка размещается в стальном кожухе.
Для преобразования переменного тока в постоянный применяются полупроводниковые выпрямители с напряжением 850В и коэффициентом преобразования 98,5%, установленные на кремниевой преобразовательной подстанции (КПП). Один агрегат дает ток силой до 63кА. Число таких агрегатов зависит от необходимой силы тока, т.к они включены параллельно.
Процесс, протекающий в электролизере, состоит в электролитическом разложении глинозема, растворенного в электролите.
Al
2
O
3
→ 2
Al
+3
+3О-2
Положительно заряженные катионыAl
+3
присоединяют свободные электроныкатода
Al
+3
+3е — =
Al
,
превращаются в нейтральные атомы и выделяются на жидком алюминиевом катоде. По мере накопления жидкого алюминия он выливается с помощью вакуум ковша. Вылитый металл направляется в литейное отделение для разливки в товарную продукцию.
Отрицательно заряженные анионы на положительно заряженном аноде превращаются в кислород:
О-2-2е-→О2
Выделяющийся на угольном аноде кислород окисляет уголь до СО и СО2, эти газы и выделяются из -под анода.
Электролизеры оборудуются укрытиями, отводящими выделяющиеся газы в систему газоочистки. В отходящих от электролизёров газах преобладает СО2 ( большая часть СО дожигается над электролитом либо в горелках), азот, кислород, газообразные и твердые фториды, частички глиноземной пыли. В системе газоочистки по определенной технологической схеме происходит очистка от вредных примесей и возврат фторидов в производство.
Суммарная реакция, происходящая в электролизере, может быть представлена уравнением
Al
2
O
3
+ хС = 2
Al
+ (2х – 3) СО + (3-х) СО2
Таким образом, теоретически на производство алюминия расходуется глинозем, углерод анода, электроэнергия для разложения глинозема и поддержания рабочий температуры.
Практически - расходуются фтористые соли, которые испаряются и впитываются в футеровку.
Производство алюминия — одно из самых энергоемких производств, расход электроэнергии достигает 14500-1800кВт-час на получение 1т алюминия.
Для получения 1т алюминия расходуется :
глинозема — 1925-1930 кг/т;
углерода анода — 500-600кг/т;
фтористых солей - 50-70кг/т.
Все материалы, поступающие на электролиз, должны иметь минимальное количество примесей, более электроположительных чем алюминий ( железо, кремний, медь и др.), т.к они переходят в метал.
Расчёт электролизёра заданной мощности
Выбор плотности тока. Материальный баланс.
Плотность тока выбирается по графику зависимости плотности тока от силы тока для электролизёра заданной мощности. Для данного электролизёра с ВТ в соответствии с графиком плотность тока составляет 0,70А/см2.
1— верхний токоподвод; 2— обожженные аноды.
Расчёт материального баланса
Приход материалов. Рассчитывается по расходу сырья на 1кг алюминия и производительности электролизера в час. Для расчета используем данные, сложившиеся на основании опыта эксплуатации алюминиевых электролизеров.
Расход сырья (кг/кг
AI
) и выход по току (%) для различных типов электролизеров
Производительность электролизера рассчитываем по формуле:
РАl ═ I×g×hт×10-3, где I— сила тока в амперах,
g-0,3354 г/А.час – электрохимический эквивалент Al,
hт – выход по току (доля единицы)
Задаемся выходом по току (из сложившихся данных- 86%) и вычисляем производительность электролизёра:
РА
l
= 300000 × 0,3354× 0,86 ×10-3 = 41,824 кг/час
Зная производительность и расход материалов( данные из таблицы), рассчитываем приход материалов:
РAl2O3 ═ рAl2O3 × РАl = 1,93 × 41,824 = 80,72 кг/час – глинозёма;
Ра ═ ра × РАl = = 0,560 × 41,824 = 23,421 кг/ час – анодной массы;
Ркр.св ═ ркр.св × РАl = 0,011 × 41,824 = 0,460 кг/час – криолита свежего;
Ркр.рег ═ ркр.рег × РАl = 0,015 × 41,824 =0,627 кг/час – криолита регенерационного;
Рф.ал. ═ рф.ал × РАl = 0,025 × 41,824 =1,046 кг/час – фторида алюминия;
Рф.кал… ═ рф.кал × РАl = 0,001 × 41,824 =0,042 кг/час – фторида кальция.
Вычислим расход материалов:
Алюминий. Количество полученного алюминия определяется производительностью ванн:
РА
l
= 46,151 кг/час
Анодные газы.
Количество анодных газов рассчитывают, исходя из их состава и суммарной реакции по формуле: Al
2
O
3
+
XC
= 2
Al
+ (3-
X
)
CO
2
+ (2
X
— 3)
CO, где Х – объёмное содержание СО2 в процентах.
Мольные доли газов определяем из формулы:
N
СО2 =2 (
h
т
— 50),где hT– выход по току.
N
СО2 = 2 × ( 86 - 50) = 72 % = 0,72
N
СО = 100 – 72= 28%=0,28
Количество СО2 и СО (кмоль/час) определяем по формулам:
Мсо═
N
со РА
l
/[18(2-
N
со)]
Мсо2 ═
N
со2РА
l
/[18(1+
N
со2)]
Мсо= 0,28 ×41,824/ 18(2-0,28)=11,711/30,96= 0,378 кмоль/час
Мсо2 = 0,72×41,824/ 18(1+0,72)=30,113/30,96=0,973 кмоль/час
Рассчитаем весовые количества СО2 и СО (кг/час)
Рсо = 28× 0,378=10,584 кг/час
Рсо2 = 44× 0,973=42,812 кг/час, где 28 – молекулярная масса СО,
44 – молекулярная масса СО2
Потери углерода.
▲Рс═ Ра - Рс, где Ра — приход анодной массы или обожжённых анодов,
Рс– количество углерода, израсходованного с газами.
Рс ═12×(Мсо + Мсо2)=12×(0,378+0,973)=12 ×1,315= 15,78 кг/час
▲Рс=23,421 – 15,78 = 7,641кг/час
Потери глинозема.
▲PAl
2
O
3═ PAl
2
O
3– PAl2O3(теор), где PAl
2
O
3—приход глинозёма в электролизёр, а PAl2O3(теор)– теоретический расход глинозёма.
РAl2O3(теор)═102РАl/54═102×41,824/54=4266,048/54=79,001 (кг/час), где:
54- молекулярная масса алюминия
102- молекулярная масса глинозема
продолжение
--PAGE_BREAK--
▲РAl2O3 = 80,72- 79,001 = 1,719 кг/час
Потери фторидов: принимаются равными приходу.
Таб. Материальный баланс
Приход
Един. изм.
кг/час
Расход
Един. изм.
кг/час
Глинозем, РАl2O3
80,72
Получено алюминия, РАl
41,824
Криолит свежий, Ркр
0,460
Получено со, Рсо
10,584
Фторид алюминия, Рф.ал.
1,046
Полученосо2, Рсо2
42,812
Фторид кальция, Рф.кал
0,042
Криолит свежий, Ркр
0,460
Криолит регенерационный, Ркр.рег.
0,627
Фторид алюминия, Рф.ал.
1,046
Анодная масса(аноды), Ра
23,421
Фторид кальция, Рф.кал
0,042
Криолит регенерационный, Ркр.рег
0,627
Потери углерода,▲Рс
7,641
Потери глинозема, ▲РАl2O3
1,719
ИТОГО
106,316
ИТОГО
97,755
Конструктивный расчёт.
Конструктивный расчёт электролизёра необходим для определения его основных размеров.
Определение площади анода.
По заданной силе тока 300000 А и выбранной в соответствии графиком зависимости анодной плотности тока от силы тока, величины плотности тока — 0,70 А/см2, определим площадь анода по формуле:
J=l/S ,
откуда
: S
а
= I/ja ;
S
= 300000А : 0,70А/см2= 207142,85 см2
Определение длины анодных блоков
На практике для электролизёров с ВТ, средней мощности тока 145 кА, ширина анода принимается приблизительно равной 285 см ( Ва).
Определение внутренних размеров шахты
Зная размеры анода, можно определить внутренние размеры шахты катодного узла. Установлено, что расстояние от продольной стороны анода до боковой футеровки С следует выбирать в пределах 550-600 мм, а от торца анода до боковой футеровки d — в пределах 500 – 600 мм.
Длина шахты: Аш=Аа +2
d
= 7270мм+ 2. 500 мм = 8270 мм
Ширина шахты: Вш= Ва + 2С = 2850 мм+2.550 мм = 3950 мм
Глубина шахты: Нш- определяется суммой столба жидкого металла, электролита и толщиной корки электролита, чаще всего глубину шахты принимают в пределах 500 – 550 мм.
Конструкция подины
На отечественных предприятиях применяются сборно-блочные (двухсекционные) подины. Катодные блоки выпускаются высотой
h
б
– 400 мм и шириной d
б
– 550 мм.
Число блоков определяется исходя из длины шахты :
n
б
= 2Аш/(
d
б
+ 40) = 2.8270/( 550+40) = 28,03 шт.
Количество секций должно быть чётным, принимаем 28 шт.
Ширина шва между блоками 40 мм. Ширина периферийного шва (l
)составит:
по торцам -
l
тор
═{ Аш-[(
n
б
d
б
/2)+(
n
б
/2-1)40] }/2={8690-[(28.550/2)+(28/2 – 1).40]}/2=(8270-8220)/2=25мм
по продольным сторонам -
l
прод ═[Вш-(L
б.к+L
б.д +40)]/2=
[3950-(1600+2200+40)]/2= (3950-3840)\2=55мм, здесь:
L
б.к – длина короткого блока, 2200 мм.
L
б.д –
длина длинного блока, 1600 мм
Выпускаются блоки длинной 600, 800, 1200, 1400, 1600, 2000, 2200мм.
Внутренние размеры кожуха
Внутренние размеры кожуха определяются геометрическими размерами шахты ванны и толщиной теплоизоляционного слоя. Боковая футеровка имеет толщину угольных блоков 200мм и теплоизоляционного слоя из засыпки 50мм. Тогда длина и ширина составят.
Акож═Аш+2·(200+50)=8270+500=8770мм
Вкож═Вш+2·(200+ 50)= 3950+500=4450мм
По высоте подина шахты (Нп ) набирается из:
Катодных блоков высотой -400мм
Защитной подушки— 30-50мм
Теплоизоляционного слояиз пяти рядов кирпича по- 65мм
Шамотной засыпки-20-50мм
Высота кожухавычисляется по формуле: Нк= Нш +Нп ;
где Нш- глубина шахты;
Нп – высота подины: Нп= 400+ 50+ 65х 5 + 50 = 825мм, тогда
Нк = 550мм+825мм = 1375 мм
Полученные данные сведём в таблицу.
Наименование
Ед. измер.
Велич.
Анод:
длина
ширина
высота
мм
мм
мм
7270
2850
1700
Габариты анодного кожуха
высота
длина
ширина
мм
мм
мм
1250
7270
2850
Габариты шахты:
высота
длина
ширина
количество катодных блоков
мм
мм
мм
шт
550
8270
3950
28
Габариты катодного узла
высота
длина
ширина
мм
мм
мм
775
8270
4450
Габариты катодного кожуха:
высота
длина
ширина
мм
мм
мм
1375
8270
4450
Расчёт ошиновки
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/мм2 и заданную силу тока 300000А. Сечение шинопровода будет равняться:
S
ш═
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
округляемдо 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
/
S
ср, где
S
ср- среднее сечение штыря, мм2(т.к. штыри имеют коническую форму);
So
— общая площадь штырей, мм2
S
ср= π (
d
б
2
+
d
м
2
)/8, где
d
б
–максимальныйдиаметр 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.
S
ср= π (
d
б
2
+
d
м
2
)/8= π ( 1382 +1002 )/8= π(19044+10000)/8=(3,14 ×29044)/8=11399,77мм2
So
=
I
/
i
эк.шт
Выбираемi
эк.шт
=0,20А/мм2
So= I/i
эк
.
шт
=
300
000/0,2=725000
мм
2
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=0,199
А/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)
n
л
═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/ nб
× nл×S1л
=300000/ 28×54×160=300000/241920=0,6
А
/
мм
2
продолжение
--PAGE_BREAK--
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 принимаем5 шин
глухая сторона, выходной стояк n
ш.вых.г.=
12×0, 1= 1,2 принимаем1 шина
лицевая сторона, входной стояк n
ш.вх.г.=
12×0,33= 3,96 принимаем4 шины
лицевая сторона, выходной стояк n
ш.вых.г.=
12×0,17= 2,04 принимаем2 шины
Длина анодной шины.
L
а.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 анодаНа=1700мм.
Погружение анода в электролит h
п.а.эл
=100мм
Расстояние от верхней поверхности анода до нижней части анодной шины1200мм, при максимально верхним положением анодной рамы ( принимается по практическим данным).
L
1
ан.ст.= На+1200
h
п.а.эл
+580=1700+1200-100+580=3380мм (выше «0» отметки);
L
2
ан.ст = 580+Нш +h
б
-115=580+550+400-115=1415мм (ниже «0» отметки);
115мм- высота катодного блюмса;
L
3
ан.ст -горизонтальная часть анодного стояка;
L
3
ан.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.
L
ан.ст=
L
1
ан.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
L
к.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
L
к.ош.вых.ст = Ав-в +Акож +100+580+ Б2 тр-б
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
L
к.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 .
▲ Uэл –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.
▲ Uа — падение напряжения в аноде, определяется конструкцией анода, рассчитывается по уравнениям.
Для электролизеров с ВТ:
▲
U
а
= {26000-(16000-10,9
Sa
/
k
-805
l
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
=
lmin
+ (
nr
– 1)∆
l
/2=23+(4-1)10/2=23+3×5=38см
lmin
-минимальное расстояние от конца штыря до подошвы анода, принимаем из практики 23см;
nr
– 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 ×а1/3 ) В/
S
}
ia
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;
продолжение
--PAGE_BREAK--