2.2.3 Расчёт катодного кожуха
Внутренние размеры катодного кожуха определяются из рассчитанных ранее размеров шахты электролизёра (формулы 2.21, 2.22) и толщины слоя теплоизоляционных материалов.
Длина катодного кожуха Lк, см:
Lк = Lш + 2 (Пу + 3,5), (2.27)
где: Lш - длина шахты, см;
Пу – толщина угольной плиты;
3,5 – толщина теплоизоляционной засыпки в торцах электролизёра, см.
Lк =960 + 2(20+3,5)=987см
Ширина катодного кожуха Вк, см:
Вк = Вш + 2 (Пу + 5), (2.28)
где: Вщ - ширина шахты, см;
5 – толщина теплоизоляционной засыпки в продольных сторонах электролизёра, см.
Вк = 415 + 2 (20 + 5) = 465см
Футеровка днища катодного кожуха выполняется следующим образом (снизу - вверх):
- теплоизоляционная засыпка 3-5 см;
- два ряда легковесного шамота или красного кирпича толщиной 6,5 см;
- три ряда шамотного кирпича по 6,5 см;
- угольная подушка 3-5 см;
- подовый блок 40 см.
Тогда высота катодного кожуха Нк, см будет:
Нк = 5 + 5* 6,5 + 3 + Нш + hб (2.29)
где: Нш - глубина шахты, см;
hб – высота подового блока, см.
Нк = 5 + 5 * 6,5 + 3 + 56,5 + 40 =137см
Принимаю катодный кожух контрфорсного типа с днищем. Число контрфорсов равно, по 24 с каждой продольной стороны. Стенки катодного кожуха изготовлены из листовой стали толщиной 10 мм, днище – 12мм. Кожух снаружи укреплен поясами жесткости из двутавровых балок или швеллеров, а также имеет рёбра жёсткости.
2.3 Электрический баланс электролизёра
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 UСР,В на электролизёре определяет общий расход электроэнергии на производство алюминия и равно (В):
Uср = Ер + Uа + Uп + ∆Uаэ + Uэл + Uо + Uоо, (2.30)
где ЕР - напряжение разложении глинозема (или ЭДС поляризации) 1,5 В;
UА - падение напряжения в анодном устройстве,
UП - падение напряжения в подине,
∆UАЭ – доля увеличения напряжения при анодных эффектах,
UЭЛ - падение напряжения в электролите,
UО - падение напряжения в ошиновке электролизёра,
UОО - падение напряжения в общесерийной ошиновке.
2.3.1 Падение напряжения в анодном устройстве
Падение напряжения в анодном устройстве состоит из суммы падений напряжения в ошиновке, контактах и теле анода. Для определения падения напряжения в теле анода UА, мВ с верхним токоподводом пользуются уравнением, предложенным М.А. Коробовым.
UА =
, (2.31)
где Sa - площадь анода, см2;
К - количество токоподводящих штырей;
Lср - среднее расстояние от подошвы анода до концов токоподводящих штырей;.
da - анодная плотность тока, А/см2;
ρа - удельное электросопротивление анода в интервале температур 750-950 °С равно 8*10-3 Ом*см.
UА =
=
0,512 В
2.3.2 Падение напряжения в подине
Падение напряжения в подине, UП мВ смонтированной из прошивных блоков, определяется по уравнению М.А. Коробова и А.М. Цыплакова:
UП =
(2.32)
где lпр - приведенная длина пути тока, см (2.33);
ρбл - удельное сопротивление прошивных блоков принимаем 3,72*10-3 Ом*см;
Вш - половина ширины шахты ванны, см;
Вбл - ширина катодного блока с учётом набивного шва, см (2.34);
a - ширина настыли, равна расстоянию от продольной стороны анода до боковой футеровки, см;
Scт – площадь сечения блюмса, см2 (2.35);
da - анодная плотность тока, А/см2.
Приведенную длину пути тока по блоку lпр, см определяем по уравнению:
(2.33)
где hбл - высота катодного блока;
hст - высота катодного стержня, 14,5 см;
Вст - ширина катодного стержня, 26 см
lпр = 2,5+0,92*40-1,1*14,5+
см
Ширина катодного блока с учетом набивного шва Вбл,см равна:
Вбл = bб + с, (2.34)
где bб – ширина подового блока;
с – ширина набивного шва между блоками.
Вбл = 55+4=59см
Площадь сечения катодного стержня с учетом заделки равна:59см
Sст = hст * Вст (2.35)
Sст = 14,5*26=377см
Тогда падение напряжения в подине UП, мВ составит:
UП =
мВ