Реферат: Расчет электролизера
Анодное устройство электролизера предназначено для подвода электрического тока в зону непосредственного протекания электролиза. Анодное устройство состоит из несущей рамы с токоподводящей алюминиевой шиной, вертикально установленных штырей, анодного кожуха, угольного тела анода и механизма передвижения анода и анодного кожуха.
Будем проводить расчёт электролизёра с анодом Содерберга типа С-8БМ, которые составляют основную часть электролизёров на ОАО КрАЗ. По данным таблицы 2, площадь анода составляет 23,94 м2 .
Анодная плотность тока составит:
iа = I / Sа = 185000 / 23,94 = 0,773 А/см2
Это значение больше проектного 0,647 А/см2 на 0,126 А/см2 . Такое повышение приведет к интенсификации генерации омического тепла во всех элементах электролизера, главным образом, в электролите, следовательно, возрастут тепловые потоки через анод и борта электролизера [1]. Значит, следует предусмотреть условия прохождения этих потоков с целью сохранения рабочей температуры процесса, нормальной ФРП ванны.
В промышленности в основном применяются электролиты на основе натриевого криолита (Na3 AlF6 ) с добавками фторидов алюминия (AlF3 ) и кальция (CaF2 ). Основной целью снижения криолитового отношения электролита, то есть увеличения содержания фторида алюминия в нем, является увеличение выхода по току, так как AlF3 снижает температуру ликвидуса, плотность электролита и растворимость металлического алюминия. Отрицательными моментами увеличения избытка фторида алюминия можно считать снижение растворимости глинозема и электропроводности, увеличение упругости пара и потерь фтора за счет образования фторида водорода при гидролизе, повышение риска образования подовых настылей и коржей, повышение растворимости в электролите карбида алюминия. Добавка фторида кальция уменьшает упругость пара над расплавом, снижает растворимость металла в расплаве, делает более мягкой корку электролита, снижает температуру ликвидуса, способствует выгоранию пены. С другой стороны, добавка фторида кальция снижает электропроводность электролита и растворимость глинозема, а также увеличивает плотность расплава [2].
Заданное значение выхода по току 89% является очень высоким для электролизеров ВТ в связи с большими размерами анода, что обуславливает большие размеры и больший путь пузырей анодных газов под подошвой анода по сравнению с электролизерами ОА. На выход по току в электролизерах Содерберга основное влияние оказывают температура процесса электролиза и избыток фторида алюминия, то есть криолитовое отношение [3].
В настоящее время на ОАО «КрАЗ» работают электролизеры С8-БМ на силу тока 180 кА со средним составом электролита, % масс: 78,0 Na3 AlF6 ; 4,0 Al2 O3 ; 10,5 AlF3 ; 7,5 CaF2 . (К.О.=2,2). В данном проекте воспользуемся тем же составом.
По данным таблицы 1, ширина и длина анода: 2,85 и 8,4 м2 соответственно.
Высота анода На равна сумме высот конуса спекания (КС) hкс и коксо—пековой композиции (КПК) hкпк . Исходя из опыта работы электролизеров на ОАО "КрАЗ" принимаем для расчетов уровень КПК hкпк =35см, а уровень КС hкс =130см.
На = hкс + hкпк =35+130=165см
Исходя из данных таблицы 2, расстояние борт – анод и торец – анод равны соответственно 650 и 500 мм.Тогда внутренняя длина шахты составит:
Lш =Lа +2*l=8,4+2*0,5=9,4м
А ее внутренняя ширина:
Вш =Ва +2*b=2,85+2*0,65=4,15м
Глубина шахты Нш определяется как сумма высоты слоя металла (hм ), толщины слоя электролита (hэ ) и толщины корки электролита со слоем глинозема на ней (hг ).
Для выбора высоты слоя металла, смотрим карты МГД устойчивости, полученные при помощи программного продукта «Arc@RusAl 1.1» [20]
Таблица 2 - Карты МГД-устойчивости электролизера С8-БМ при повышении силы тока.
| 185кА | МПР, см | Напряжение, В | Уровень металла, см | ||||||||
| 34 | 36 | 38 | 40 | 42 | 44 | 46 | 48 | 50 | |||
| 3.5 | 3.55 | 111 | 111 | 111 | 111 | 111 | 111 | 111 | 111 | 111 | |
| 4 | 3.85 | 111 | 111 | 111 | 111 | 111 | 111 | 111 | 111 | 111 | |
| 4.5 | 4.03 | 111 | 111 | 111 | 111 | 111 | 111 | 111 | 001 | 000 | |
| 5 | 4.21 | 111 | 111 | 111 | 111 | 111 | 111 | 001 | 000 | 000 | |
| 5.5 | 4.4 | 111 | 111 | 111 | 111 | 000 | 000 | 000 | 000 | 000 | |
| 6 | 4.58 | 111 | 000 | 000 | 000 | 000 | 000 | 000 | 000 | 000 | |
| 6.5 | 4.76 | 000 | 000 | 000 | 000 | 000 | 000 | 000 | 000 | 000 | |
000- полностью устойчивое состояние, 001- относительная устойчивость с длительным затуханием колебаний, 111- неустойчивое состояние.
Математическое моделирование с применением программы расчета МГД-устойчивости «Arc@RusAl 1.1» показало:
1) при силе тока до 185 кА значительных нарушений МГД характеристик на электролизерах С8-БМ не обнаружено.
2) изменения скорости движения расплава не изменяются до величин, способствующих значительному уменьшению бортовой настыли, при которых возможно разрушение бортовых блоков;
3) плотности тока в элементах ошиновки электролизера при повышении силы тока до 185 кА находятся в пределах допустимых значений;
4) в рассмотренных случаях повышения силы тока до 185 кА прогнозируется устойчивая работа при МПР 4,5 см и уровне металла не ниже 48 см, указанные величины МПР и уровня металла являются пороговыми, их дальнейшее снижение может привести к МГД нестабильности.
Принимаем высоту металла 48 см.
Отсюда высота шахты:
Нш = hм + hэ + hг =0,48+0,18+0,06=0,72м
Однако на электролизёре С-8БМ глубина шахты составляет 58,5 см (таблица 1). Следовательно, в шахте электролизёра будет находиться весь металл и всего 10,5 см электролита. Остальные 7,5 см электролита будут находиться выше фланцевого листа за пределами шахты ванны и будут ограничены гарниссажем.
2.2 Конструкция подины
Основные размеры подины определяются геометрическими размерами шахты ванны и стандартными размерами выпускаемых промышленностью прошивных угольных блоков и блюмсов. В конструкции электролизера С-8БМ применяется сборно-блочная подина с перевязкой центрального шва, каждый ряд состоит из двух блоков: короткого и длинного. Данный тип монтажа имеет оптимальное соотношение стоимостных и эксплуатационных характеристик.