Катодное устройство электролизера

Внутренние размеры шахты рассчитывают исходя из размеров анодного массива и расстояния до стенок футеровки. Длина анодного массива             см, ширина               см.

Расстояние от продольной стороны анода до боковой футеровки с = 35 см, от торца анода до боковой футеровки d = 45 см. Тогда длина L_ш и ширина В_ш шахты электролизера составят, см:

- длина шахты:

L_ш = L_а.м. + 2 * d                                               (2.22)

L_ш =

- ширина шахты:

В_ш = В_а.м. + 2 * с                                               (2.23)

В_ш =

Глубина шахты Н_ш, см, определяется суммой столба жидкого алюминия h_M =      см, электролита h_Э = 17±1 см и толщины корки h_г = 8 см:

H_ш = h_м + h_э + h_г,                                               (2.24)

где h_м – высота слоя металла, см;

h_э – высота слоя электролита, см;

h_г – толщина корки электролита со слоем глинозема, см.

Н_ш =

Учитывая, что корка застывшего электролита формируется между бортом и анодным блоком, то между электролитом и коркой имеется пространство, которое не всегда можно измерить, поэтому фактическую глубину шахты принимаю 50 см, ширину шахты 376 см и длину шахты 1478 см.

В данном электролизере применяются моноблочные подины с высотой катодного блока h_б = 40 см, шириной b_б = 55 см. и длиной 310 см. Число катодных блоков N_б в подине определяют исходя из длины шахты:

N_б =                                           (2.25)

где f – ширина шва между блоками, 4 см.

N_б =

Принимаю              катодных блока в подине.

Ширина периферийного шва b_пт, см, в торцах подины

b_пт =                                (2.27)

b_пт =

и по продольным сторонам b_пп, см:

b_пп = ,                                   (2.28)

где L_бд –310 длина подового блока, см.

b_пп = (376-310)/2 = 33 см

Боковая футеровка выполняется из карбидокремниевых плит толщиной b_уд = 7 см, без теплоизоляции (разутепленный борт), так как применяется АПГ. При этом длина катодного кожуха L_кож и ширина В_кож, см, составит:

L_кож =L_ш+ 2 * b_уд                                               (2.29)

L_кож =

В_кож = В_ш + 2 * b_уд                                            (2.30)

В_кож =

Подина шахты набирается из     катодных блоков высотой 40 см, под блоками сухая барьерная смесь ClayBurn E-50 высотой 5 см, далее два слоя шамота 6,5 см, ниже теплоизоляционная футеровка из вермикулитовых плит 3 x 6,5 см и слой шамотной засыпки 3 см. Толщину фланцевого листа примем 4 см. Тогда высота катодного кожуха составит:

Н_кож = Н_ш + h_б + 6,5 * 2 + 6,5 * 3 + 2 + 4                               (2.31)

Н_кож =

Рассчитанные параметры проектируемого электролизера приведены в таблице 14

Таблица 14 – Параметры проектируемого электролизера

Параметр, ед. изм	Величина
Сила тока I, кA
Анодная плотность тока da, А/см2
Площадь анодного массива Sa.м., см2
Площадь анода Sa, см2
Анодный блок, см	60 х 70 х 145
Количество анодов Nc
Длина анодного массива Lа.м., см
Ширина анодного массива Ва.м., см
Расстояние между анодными блоками по продольной стороне, см	7,5
Расстояние между рядами блоков, см	16
Ширина шахты Вш, см
Длина шахты Lш, см
Расстояние борт-анод d, см	45
Расстояние торцевая сторона-анод с, см	35
Уровень металла hм, см
Уровень электролита hэл, см
Толщина корки электролита со слоем глинозема hг, см	8
Глубина шахты Нш, см	50
Ширина шва между блоками f, см	4
Бортовой блок, см	7 х 35 х 65
Подовый блок, см	40 х 55 х 310
Длина катодного кожуха Lкож, см
Ширина катодного кожуха Вкож, см
Сухая барьерная смесь, см	5
Огнеупор (2 слоя шамот), см	13
Теплоизоляция (3 слоя вермикулит), см	19,5
Выравнивающая засыпка (шамотная крошка), см	3
Фланцевый лист, см	4

 

Электрический расчет

Электрическим балансом называют представление напряжения U в виде суммы составляющих ее величин. В практике электролиза различают три вида напряжений: среднее, рабочее и греющее.

Электрический баланс электролизера определяется по следующему уравнению, В:

U_ср = U_a + U_п + U_эл + ΔU_aэ + U_о + U_оо + Е_р,                           (2.32)

где U_a – падение напряжения в анодном устройстве, В;

U_п – падение напряжения в подине, В;

U_эл – падение напряжения в электролите, В;

ΔU_аэ – доля падения напряжения при анодных эффектах, В;

U_o – падение напряжения в ошиновке электролизера, В;

U_oo – падение напряжения в общесерийной ошиновке, В;

Е_р – напряжение разложения глинозема (или ЭДС поляризации), В.