Падение напряжения в обожженном аноде.

Падение напряжения в обожженном аноде определяется по сле­дующему уравнению:

ΔU_a = ΔU_уг+ ΔU_уг-н + ΔU_н + ΔU_кр + ΔU_кр-шт + ΔU_шт,

где ΔU_a - падение напряжения в аноде, В;

ΔU_уг- падение напряжения в угольной части анода, В;

ΔU_уг-н – падение напряжения в контакте: угольный анод - стальной ниппель, В;

ΔU_н- падение напряжения в стальном ниппеле, В;

ΔU_кр – падение напряжения в кронштейне, В;

ΔU_кр-шт - падение напряжения в контакте кронштейн - алюминиевая штанга, В;

 ΔU_шт - падение напряжения в алюминиевой штанге, В.

Падение напряжения в угольной части анода можно рассчитать по уравнению:

ΔU_уг = I * ρ_бл * l_ср/S * n,                            

где I - сила тока приходящаяся на один блок, А;

ρ_бл - удельное электросопротивление угольного олока,0м»см;

l_ср – путь тока по блоку, см;

S - среднее сечение угольного блока, через которое про­текает ток, см²;

n - количество угольных обожженных анодов на ванне.

Удельное электросопротивление угольного анода рассчитываем по формуле:                                                     

ρ_бл = 47,5 * (1 - 0,00025 * t) * 10^-4,

где t - температура анода в среднем за цикл работы (по измерениям на электролизерах СаАЗа) составляет:

t = 950 + 330/2 = 640 ^oC,

следовательно, удельное электросопротивление угольного анода равно:

ρ_бл = 47,5 * (1 – 0,00025 * 640) * 10^-4 = 40 * 10^-4.

Путь тока по блоку равен:

l_ср = (Н_ср – h) * Д_г + 2 * (Н_ср – h/2) * h,

где Н_ср - сумма глубины гнезда и средней высоты рабочей части блока, см;

h - глубина гнезда, см;

Д_г - диаметр ниппельного гнезда, см.

Н_ср = (Н – h)/2 + h,

Н_ср = (60 – 10)/2 + 10 = 35 см.

l_ср = [(35-10) *361+2(35-10/2)/2= 27,564 см

Среднее значение блока S находится как среднеарифметическое между контактной поверхностью чугунной заливки с блоком, S₁ и сечением блока S₂ т.е.

S = (S₁ + S₂)/2,

где S₁ = (πД²_гн/4 + πД_Гн * h) * 4,

S₁ - полная площадь ниппельного гнезда, см²;

π - отношение длины окружности к ее диаметру, равно 3,14,

Д_гн - диаметр ниппельного гнезда, см;

h - глубина ниппельного гнезда, см;

4 - число ниппелей, которое приходится на один анодный блок,

S₂ -площадь подошвы анодного блока, см²,

S₁ = (3,14*361/4 + 3,14*361*10) * 3 = 2639,955 см².

S₂ = a * b,

S₂ = 145,5 * 70 = 10185 см²

Подставляя полученные значения в формулу определяем падение напряжения в угольной части анода.

ΔU_уг = 220000*40*10^-4*27,564 / 6412,478*30 = 0,126 В.

Падение напряжения в контакте: угольный блок - ниппель определяем по формуле:

ΔU_уг-н = I *ρ/S_k * n,

где I - сила тока, A;

ρ - удельное электросопротивление контакта: угольный блок-ниппель, по практическим данным принимаем разным: ρ = 42 * 10^-3 Oм * см;

S_k - среднее сечение контакта, см²

S_k = S₁ + S₂/2, см²,

где S₁ - площадь ниппеля, см²; где Н - высота анода;

       S₂ - площадь гнезда, см².

     S_конт = S_гн + S_нип/2 = [(πД²_гн/4 + πД_гн * h)*3]/2 + [(πД²_нип/4 + πД_нип * h)*3]/2;

     S_конт  = [(3,14*19²/4 + 3,14*19*10)*4]/2 + [(3,14*14²/4 +

+ 3,14*14*10)*3]/2 = 2210,168 см²

где Д_нип - диаметр ниппеля, см;

Д_гн - диаметр гнезда, см.

Подставляя полученные значения в формулу определяем па­дение напряжения в контакте: анодный блок - ниппель.

ΔU_уг-н = 220000 * 42 * 10^-3/ 2210,168 * 30 = 0,139 В.

 

Рис. 3.2. Схема угольной части анодного блока.

 

Падение напряжения в ниппеле опре­деляем по формуле:

ΔU_н = I * ρ_н * h/S * n_н,

где I - сила тока, А;                                  

ρ_н - удельное электросопротивление ниппеля, по практическим данным равно: 

R = 68 * 10^-6 Ом * см;

S - среднее сечение ниппеля, см²,

S = πД²_н/4;

S = 3,14 * 14² / 4 = 153,86 см.

n_н - количество ниппелей в nколичестве анодных блоков. Подставляя полученное значение в формулу определяем па­дение напряжения в ниппеле.

ΔU_н = 220000 * 68*10^-6 * 10 /153,86 * 90 = 0,011 В.

Падение напряжения в кронштейне. Конструкцию кронштейна принимаем по аналогии с мощными электроли­зерами СаАЗа. Плотность тока в стальном кронштейне на проектируе­мом электролизере и на действующих ваннах СаАЗа одинакова. Сле­довательно, падение напряжения в кронштейне, измеренное на дейст­вующих электролизерах может быть принято в нашем проекте:

ΔU_кр = 0,042 В.

Падение напряжения в контакте: кронштейн - алюминиевая штанга принима­ем также по практическим данным действующих электролизеров СаАЗа:

ΔU_кр-шт = 0,010 В.

Падение напряжения в алюминиевых штангах определяем по формуле:

ΔU_шт = I * R_шт/n_шт,

 где I - сила тока, приходящая на одну штангу, A;

     R_шт - сопротивление алюминиевой штанга, Ом;

N_шт - число штанг на электролизере (по конструктивному расчету). Определяем сопротивление алюминиевой штанга по формуле:

R_шт = ρ_шт * l/S_шт,

R_шт = 0,043 * 1,5/22500 = 0,0000028 Ом.

где ρ_шт - удельное электросопротивление алюминиевой штанги при                                         температуре равной 110 ^оС принимаем по практическим данным ρ_шт = 0,043 Ом * мм²/м;

l = 1,5м - длина пути электротока в штанге, м; S_шт - сечение алюминиевой штанги (150 * 150 мм²).

Подставляя расчетное данные в уравнение, определяем падение напряжения в алюминиевой штанге.

ΔU_шт = 220000 * 0,0000028 / 30 = 0,020 В.

Используя уравнение ΔU_a = ΔU_уг+ ΔU_уг-н + ΔU_н + ΔU_кр + ΔU_кр-шт + ΔU_шт находим падение напряжения на аноде.

ΔU_а = 0,126 + 0,139 + 0,011 + 0,042 + 0,01 + 0,020 = 0,348 В.