Для заделки блюмсов в подовые  блоки существует 3 основных способа:

• заливка чугуном;
• вклейка блюмсов с применением жидкотекучих клеёв и паст;
• забивка блюмсов электроконтактными холоднонабивными массами.

      Применяющийся на российских алюминиевых заводах  способ монтажа подовой секции методом заливки блюмсов чугуном обладает неоспоримыми достоинствами – проверен временем и позволяет достигать относительно невысоких потерь напряжения в подине. Тем не менее в стремлении к совершенствованию этого способа чаще всего апеллируют к известным его недостаткам:

• необходимость применения дорогостоящего плавильного и разливочного оборудования с высоким энергопотреблением;
• необходимость применения оборудования для предварительного разогрева блоков и блюмсов перед заливкой чугуном и связанные с этим значительные энергозатраты;
• существует высокая вероятность растрескивания блоков как на стадии сборки подовых секций, так и в период обжига, пуска и эксплуатации электролизёра.

      Использование технологии вклеивания блюмсов предпочтительно  с точки зрения простоты реализации, надежности контакта после схватывания  клеевого состава и высокой воспроизводимости качества монтажа. К недостаткам затвердевшего контактного слоя следует отнести отсутствие у него эластичных свойств, компенсирующих расширение и давление блюмса на стенки паза блока. Поэтому, как и при чугунном контактном слое, высока вероятность возникновения запредельных напряжений в узле блюмс-клей-блок, являющихся причиной разлома блока. Возможно поэтому широкомасштабные испытания вклейки блюмсов клеем BVM-51 на КрАЗе, САЗе, БрАЗе, ИркАЗе, НкАЗе не привели к положительным (в сравнении с чугунной заливкой) результатам ни по сроку службы, ни по потерям напряжения в подине.

      Использование технологии заделки блюмсов массой практически исключает вероятность  растрескивания блоков при монтаже, разогреве и эксплуатации, уменьшает затраты на сборку комплекта секций (в сравнении с чугуном и вклейкой), надежно крепит блюмс в блоке. По этим причинам способ используется на БрАЗе, КрАЗе, ИркАЗе с позитивным эффектом по сроку службы электролизёров, но с негативным по потерям напряжения в катоде, которые увеличились в среднем на 50 - 80 мВ (в сравнении с заделкой блюмсов чугуном). Причина: невысокие надежность электрического контакта и воспроизводимость качества монтажа секций с горизонтальным расположением блюмса, что связано с верхней, главной контактной поверхностью блок-блюмс. Эта зона контактного слоя недоступна для прямого уплотнения трамбовками или специальными устройствами. Его уплотнение производится через уложенный на слой массы блюмс. Надежность и качество уплотнения (а значит, и контактного слоя) невысокие. Это основной объективный недостаток соединения блока с блюмсом через уплотненный слой контактной массы, и устранить его простыми и дешевыми способами невозможно [6].

      В данном проекте принимаем заделку блюмсов в подовые блоки электроконтактной массой марки BST 16/1. Межблочный шов шириной 40 мм набивается тёплой подовой массой с температурой набойки 30-50^ºС (ТУ1914-071-05785218-99).

      Число катодных блоков в подине n_б=30 шт., число секций n_с=15 шт. (таблица 1).

      Подина  набирается с перевязкой центрального шва, что достигается шахматным  расположением длинных и коротких секций в ванне.

      Расстояние  между катодными и боковыми блоками (ширина периферийного шва) в торцах шахты электролизера: 

              

      Расстояние  между катодными и боковыми блоками (ширина периферийного шва) по продольным сторонам шахты будет равно: 

                    

      Таким образом, подина монтируется из 15 подовых  секций с перевязкой центрального шва.

      Внутренние  размеры катодного кожуха определяются размерами шахты и толщиной бортовых теплоизоляционных материалов. В  качестве бортовой футеровки электролизера  для увеличения теплоотвода через  борта  принимаем углеродные блоки  ББП 0,1 (ТУ 1913-109-021-99) толщиной h_уб=200 мм и слой шамотной крупки ЗШБ – 1,3 класс 4 (ГОСТ23037-99) толщиной h_теп= 50 мм. При этом длина катодного кожуха составит: 

       ,   

                  

      ширина :

       .                 

        Подина шахты набирается из (сверху вниз):

• 30 катодных блоков высотой 400 мм;
• слоя сухой барьерной смеси ClayBurn E-50 толщиной 50 мм;
• огнеупорного слоя из трех рядов шамотного кирпича ШБ 0,1 (ГОСТ 6036-89) по 65 мм каждый;
• теплоизоляционного слоя из пенодиатомитового кирпича ПД 400-И (ТУ 5764-002-25310144-99) высотой 65 мм;
• теплоизоляционного слоя из вермикулитовых плит ПВИ-ТСВ-350 (ТУ 5767-014-2168872-04) высотой 65 мм;
• слоя шамотной засыпки ЗШБ-1,3 (ГОСТ 23037-99) толщиной 50 мм.

      Тогда высота катодного кожуха составит: 

       .   

      2.3 Материальный баланс  электролизёра

      В электролизёр поступает глинозём, анодная  масса и фтористые соли. В процессе электролиза образуется алюминий и  анодные газы (оксид и двуокись углерода). Кроме того, в результате испарения электролита и пылеуноса вентиляционными газами из процесса постоянно выбывают некоторые количества фтористых соединений и глинозёма.

      2.3.1 Приход материалов

      Приход  материалов в электролизёр рассчитывается по расходу сырья на 1кг алюминия и по производительности электролизёра в час.

      Производительность  электролизёра, т.е. количество алюминия, выделяющегося в единицу времени (кг/час), можно рассчитать:

       ;                                                                                              

      где: I - сила тока электролизёра, А;

      h- выход по току алюминия, доли единицы принят равным 0,89;

      q- электрохимический эквивалент, г/А·ч.  

          

      Р_AI = = 55,32 кг/ч. 

      В таблице 3 приведены данные по расходу сырья (кг/тAl), полученные на основании данных технической информации по ЭЛЦ-1 для электролизеров, оборудованных АПГ и “сухой” газоочисткой за июнь 2008г.   

Таблица 3 - Расход сырья (кг/т Al)

 

      Р_кр.см.= Р_AI · p_кр.см.= 55,32 · 0,0136 = 0,752 кг/ч;

      Р_AlF3= Р_AI · p _AlF3= 55,32 · 0,0255 = 1,489 кг/ч                                            

      Р_CaF2=Р_AI · р _CaF2= 55,32 · 0,00039 = 0,022 кг/ч. 

      Зная  производительность электролизёра  и удельный расход сырья, рассчитываем приход материалов в электролизер: 

      Р_{(AI2O3-вторичный)} = P_AI · p_г = 55,32 · 1,8382 = 101,69 кг/ч;

      Р_{(AI2O3-первичный)} = P_AI · p_г = 55,32 · 0,0968 = 5,35 кг/ч;

      Р_ан. = Р_AI · p_ан. = 55,32 · 0,521 = 28,82 кг/ч;                                             

      Р_{фтор.сол.}= Р_AI · р_{фтор.сол.} = 55,32· (0,0136+0,02692+0,00039) = 2,263 кг/ч.

      2.3.2 Расход материалов

      Выход материалов включает:

1. Алюминий. Количество полученного в результате электролиза алюминия определяется производительностью электролизёра Р_AI,кг/ч.
2. Анодные газы. Количество анодных газов рассчитывается из суммарной реакции:

      AI₂O₃+xC = 2AI+(2x-3)CO+(3-x)CO₂ 

      протекающей в электролизёре, и из состава  анодных газов.

      Количество  СО и СО₂, кмоль/ч, определяется из уравнений: 

       ;

       ; 

      где Nco и Nco₂ - мольные доли СО и СО₂ в анодных газах.

      Согласно  уравнению[19]: 

      %CO= [200G-2(%CE)-8]/G= [200*1.15-2(89)-8]/1.19= 43.7%

      %CO₂= 100- %CO= 100- 43.7= 56.3% 

      Таким  образом,  = 0,563   и = 0,437 

       кмоль/ч,

        кмоль/ч, 

      Весовые количества СО и СО₂, кг/ч:

      Рсо = Мсо · 28 = 0,859 · 28 = 24.052 кг/ч;

      Рсо₂ = Мсо₂  ·44 = 1,107 · 44 = 48.708 кг/ч;                                        

      где 28 и 44 - молекулярные веса СО и СО₂. 

      

3. Потери  углерода. Определяются как разность между приходом анодной массы и количеством израсходованного с газами углерода.

      Количество  израсходованного с газами углерода рассчитывается по уравнению:

      Р_С = 12· (М_СО + М_СО2);

      P_C = 12· (0,859 + 1,107) = 23.59 кг/ч;   

      D Р_с = Р_а-Р_с = 28,82 – 23,59 = 5.23 кг/ч.  

                                               

4. Потери глинозёма в виде пыли и механические потери принимаются как разность между приходом глинозёма в электролизёр и теоретическим расходом глинозёма.

      Теоретический расход глинозёма определяется из уравнения:

      Al₂O₃ = 2Al+1,5O₂;

        и составляет:

        Р_{(Al2O3)теор.} = 1,89 · P_Al = 1,89 · 55,32 = 104,55 кг/ч;                   

      DР_{(Al2O3 )}= P_(Al2O3) - P_{(Al2O3)теор .}= 107,04 – 104,55 = 2,49 кг/ч.  

       

5. Потери фтористых солей в виде возгонов и газов, удаляемых системами вентиляции, на пропитывание подины и с угольной пеной, если она снимается, принимают равными приходу фторсолей.

 
 
 
 

Таблица 4 - Материальный баланс