Электролизер для получения алюминия с боковым токоподводом на силу тока 80000А

также «пушонки» и «козлов». Переплавка других видов твердого алюминия, в  частности бракованных изделий, имеющих полости и каналы, не разрешается.

      Материалы перед загрузкой в электролизер должны быть хорошо просушены и прогреты на борту электролизера или на корке электролита не менее 6 часов; «козлы» перед опусканием в расплав должны быть прогреты на борту электролизера или на корке электролита не менее 12 часов; «пушонки» в начале подсушивается тонким слоем на перекрытии шинных каналов в течение суток, а затем прогревается на корке электролита не менее 16 часов.

 В  послепусковой период работы электролизеров запрещается плавить «козлы» и «пущонку».

      Переплавка  твердого алюминия в электролизерах производится в следующих случаях:

      - в послепусковой период работы  электролизеров при снижении  рабочего напряжения. Для ускорения  вывода электролизеров на сортность  переплавляемый твердый металл  должен быть не ниже марки  А5; 
 
 

      - на нормально работающих ваннах  для восполнения металла, отобранного для заливки в пусковые электролизеры;

      

      - при обслуживании электролизеров  с нарушенным технологическим  режимом («зажатие» электролизера, «горячий» ход, негаснущая «вспышка») для охлаждения электролизера и снижения температуры электролита. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2 РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

2.1Конструктивный расчет

     Конструктивный  расчет выполняется для определения  размеров

конструктивных  элементов ванн, для этого необходимы следующие показатели: сила тока на ванне, анодная плотность тока. Анодную плотность тока принимаем 0,76 А/см² , I=80 000 кА

2.1.1 На основании этих данных определяем размеры анода.

S_а= I/d_а = -А/А*см²

где:

I – сила тока, А

d_а – плотность тока, А/см²

S_а= 80000/0,76 = 105263 см²

В_а – ширина анодного массива принимаем 210-250 см, тогда длина анодного массива будет:

L_а= S_а/В_а = 105263/240 = 438 см

Высота  анода Н_а = h_т+h_ж = (115-120)+(35-50) = 120+50 =170 см

2.1.2 Определяем внутренние размеры шахты ванны.

Внутренние  размеры шахты ванны определяются исходя из размеров анодного массива и расстояния до боковой футеровки, которое составляет: по продольной стороне 55см, а по торцевой 50см.

Ширина  шахты – В_ш

В_ш = В_а + 2 · 55 = 240 + 110 = 350 см = 3500 мм            

Длина шахты – L_ш

L_ш = L_а + 2 · 50 = 438 + 100 = 538 см = 5380 мм          

Глубина шахты – Н_ш

Н_ш = h_ме + h_эл +h_к = 32 + 16 + 10 =58 см

h_к =8-10 см                    

2.1.3 Конструкция подины.

Число блоков. В настоящее время длина катодных блоков l = 600 – 2200мм, шириной b = 550 мм, высотой h = 400 мм. 
 
 

Число блоков в  ряду:

l = L_ш/в_б+4 = 538/55+4 = 538/59 = 9 шт

Определяем расстояние между катодными и боковыми блоками  в торцах шахты:

l = L_ш-(в_б*n_б+(n_б-1)*4)/2 = 538-(55*9+(9-1)*4)/2 = 5,5 см

2.1.4 Определяем внутренние размеры катодного кожуха.

L_кож = L_ш+2*(200+h_тепл) =

В_кож = В_ш+2*(200+h_тепл) =

L_кож = 5380+2*(200+35) = 5850 мм

В_кож = 3500+2*(200+35) = 3970 мм

Н_n = Н_ш+Н_б+30+(5*65)+50

где:

Н_ш – шахта

Н_б – блок

30 – угольная  засыпка

(5*65) – пять  рядов кирпичей 

50 – шамотная  засыпка

Н_n = 580+400+30+(5*65)+50 = 1385 мм

 
 
 
 
 
 
 
 

 

2.

2 Материальный расчет

Проводится  для определения производительности электролизера и расхода сырья  на производство алюминия. Исходными  данными является сила тока, выход  по току и расходные нормы по сырьевым материалам и анодной массе.

Расходные нормы:

1. AI₂O₃ -                1,929 т              
2. Анодная масса -0,496 т
3. Фторсоли -         0,021 т
4. Криолит -           0,031 т
5. Выход по току - 90%

2.2.1 Приходная часть

Производительность  электролизера определяется по формуле                                     

Р_м = I*c*η*10^-3

где:

I – сила тока, А;

с –  электрохимический эквивалент, равный 0,3354 г/А-ч

η –  выход по току доли единицы

Р_м = 80000*0,3354*0,9*10^-3 = 24,1 кг/г

Определяем  приход материалов в ванну

Р AI₂O₃ = Р AI * Р_г = 24,1 * 1,929 = 46,489 кг

Р_АНОД = Р AI * Р_а = 24,1 * 0,496 = 11,953 кг

Р_ФТОР = Р AI * Р_Ф = 24,1 · 0,052 = 1,25 кг

Р_а, Р_г, Р_ф – расход глинозема, анодной массы, фтористых солей в кг/кг алюминия.

В процессе работы в электролизере нарабатывается Al, выделяются анодные газы сгорает анод и расходуются фториды.

2.2.2 Расход материалов. Алюминий. Количество полученного алюминия определяется производительностью электролизера РAl кг/ч.

Анодные газы количество СО и СО₂ в моль/г определяется из уравнений.

М_CO = N_CO/2-N_CO* Р_Al/18 = 0,2/2-0,2* 24,1/18 = 0,149 моль/г

М_CO2 = N_CO2/1+N_CO2* Р_Al/18 = 0,8/1+0,8* 24,1/18 = 0,595 моль/г. 
 
 

где:

N_CO и N_CO2 – мольные доли СО СО₂ в анодных газах соответственно

N_CO = 0,4 и N_CO2 = 0,6.

Весовое количество СО и СО₂

Р_СО = М_СО * 28

Р_СО = 0,149 * 28 = 4,172 кг

Р_СО2 = М_СО2 * 44

Р_СО2 = 0.595 * 44 = 26,18 кг

где:

28 и 44 – молекулярные  массы СО и СО₂

Потери  глинозема в виде пыли и механические потери принимаются как разность между приходом глинозема в электролизере Рт и теоретическим расходом глинозема Р_Al2O₃ (теор.).

ΔР_Al2O3 = Р_Al2O3-Р_Al2O3(теор.) = 46,489-45,549 = 0,94 кг

Р_Al2O3(теор.) = 1,89-Р_Al2O3 = 1,89-24,1 = 45,549

 

Потери  фторсолей принимаются равными  приходу фторсолей 7,977 кг. Потери углерода, определяются как разность между приходом Ра и количеством израсходованного с газами углерода Рс

Рс = Ра-Ра = 11,953-8,928 = 3,025

Ро = (Мсо+Мсо₂)*12 = (0,149+0,595)*12 = 8,928 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Таблица.6 Материального баланса

2.3 Электрический расчет

Цель: определение конструктивных размеров ошиновки, определение падения напряжения на всех участках цепи, составление баланса напряжений. Определение рабочего греющего и среднего напряжения. Определение выхода по энергии и удельного расхода по электроэнергии.

d_Al = 0,415 А/мм²                      d_Fe = 0,18 А/мм²                    d_Cu = 0,7 А/мм²

             41,5А/см²                                  18 А/см²                               70 А/см²

2.3.1 Определяем падение напряжения в анодном устройстве.

2.3.1.1 Падение напряжения в стояках.

ΔU_ст = I*Rt*a/S_общ

где:

I – сила тока, А

Rt – удельное сопротивление проводника, Ом · см

а –  длина участка шинопровода, см

S_общ – общее сечение проводника, см²

S_эк –экономически выгодное площадь сечение проводника, см²

Сечение стояка:

S_эк = I/d_Al = 80000/41,5 = 1927,71 см²

n_Ш – число алюминиевых шин, шт 
 
 

n_ш = S_эк/S_пр = 1927,71/258 = 7,47 ≈ 7

где:

S_пр– сечение одной шины, см²

S_общ – общее сечение стояка, см²

S_пр = 43*6 = 258

S_общ = n_Ш · S_ПР

S_Об = 7 · (43 · 6) = 1806 см²

а = 265 см

Rt_AI – удельное сопротивление алюминиевых шин определяется по формуле

Rt _AI = 2,8 (1 + 0,0038 · t) · 10^-6 = 2,8*(1+0,0038)*10^-6 = 3,44*10^-6 Ом*см

где:

t - стояка 60 ^° С

ΔU_ст = (80000*3,44*10^-6*265)/1806 = 0,04 В