Электрический баланс электролизера

Для электролитического производства алюминия требуется большой расход электрической энергии, а для его расчёта необходимо знать напряжение на ванне. Поэтому при проектировании нового электролизёра составляют электрический баланс, т.е. рассчитывают падение напряжения во всех токопроводящих участках и узнают среднее напряжение на ванне

U_СР = Ер + U_А + U_П + ∆U_АЭ + U_ЭЛ + U_О + U_ОО                                    (30)

где Ер - напряжение разложения глинозема (или ЭДС поляризации);

U_А - падение напряжения в анодном устройстве;

U_П - падение напряжения в подине;

∆ U_АЭ – доля падения напряжения при анодных эффектах;

U_ЭЛ - падение напряжения в электролите;

U_О - падение напряжения в ошиновке электролизёра;

U_ОО - падение напряжения в общесерийной ошиновке.

Падение напряжения в аноде

Падение напряжения в самообжигающемся аноде складывается из перепада напряжений в токоведущей части анода, в стальных штырях и в контакте штырь – анод. Оно зависит от размеров анода, формы и размеров токоподводящих штырей, среднего и минимального расстояний до подошвы анода, удельного электросопротивления анода и плотности тока.

Для расчета падения напряжения в аноде используют эмпирическое уравнение А.М. Коробова, полученное из результатов моделирования и хорошо совпадающее с измеренными величинами падения напряжения. Падение напряжения в анодном устройстве U_А, мВ:

U_А =                    (31)

где Sa - площадь анода, см²  (формула 15);

К - количество токоподводящих штырей (формула 20);

Lср - среднее расстояние от подошвы анода до концов токоподводящих штырей, от 25 до 40 см;

d_a - анодная плотность тока, А/см²;

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

U_А =

Падение напряжения в подине

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, см (формула 33);

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

В_щ - половина ширины шахты ванны, см (формула 22);

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

a - ширина настыли, равна расстоянию от продольной стороны анода до футеровки, (рис. 1);

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

d_a - анодная плотность тока, А/см².

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 с учетом заделки, 14,5 см;

В_ст - ширина катодного стержня с учетом заделки, 26 см

l_пр =

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

В_бл = b_б + с                                                                     (34)

где b_б – ширина подового блока (п. 2.2.1);

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

В_бл =

Площадь сечения блюмса с учетом заливки чугуном равна

S_ст = h_ст * В_ст                                                               (35)

S_ст =

Тогда падение напряжения в подине U_П, мВ составит (по формуле 32)

U_П =