Междуполюсного расстояния

Междуполюсное расстояние составляет 1,0—1,5 см, температура — 700 ± 30 °С, плотность тока — 0,8—2,5 А/см2.

где Л — средняя высота выступов, см; / — междуполюсное расстояние, см; р — удельное электросопротивление электролита, Ом- см; у'а — анодная плотность тока, А/см2; ^выс и r]an — перенапряжение на выступах и впадинах соответственно, В. Приравняв эти выражения, получим

Междуполюсное расстояние. Влияние междуполюсного расстояния связано с изменением циркуляции электролита. При постоянной плотности тока остается постоянным количество выделяющихся газов, а следовательно, и сила, возбуждающая движение расплава. Снижение междуполюсного расстояния приводит к уменьшению количества электролита, вследствие чего скорость циркуляции возрастает, что вызывает рост потерь металла и снижение выхода по току.

Повышение электрической проводимости электролита также приводит к нарушению теплового равновесия электролизера: падение напряжения в электролите уменьшается и, следовательно, снижается приход тепла. Для восстановления теплового равновесия необходимо увеличить либо плотность (силу) тока, либо междуполюсное расстояние. В обоих случаях (при прочих равных условиях) производительность электролизера повышается.

Междуполюсное расстояние, см

в свою очередь, за счет возникающих в расплаве электромагнитных сил создает волнения металла, что приводит к необходимости держать повышенным междуполюсное расстояние, и, следовательно, большой расход энергии. Смачиваемые катоды должны обладать высокой электрической проводимостью и механической прочностью, малой теплопроводностью, хорошей стойкостью к термическому и химическому воздействию компонентов расплава и образующихся при электролизе газов.

По мере роста силы тока на ванне стали усиливаться негативные последствия взаимодействия протекающего по ванне тока и возникающего при этом магнитного поля. Это выразилось в том, что появляющаяся при таком взаимодействии электромагнитная сила, пропорциональная квадрату силы тока, воздействует на жидкий металл в ванне и перекашивает его поверхность, а также изменяет междуполюсное расстояние и приводит к другим последствиям, которые рассмотрены в гл. 7.

Электромагнитная сила, величина которой определяется значением плотности тока и индукцией в данной точке, возникает в любой точке электролизера, но интерес она представляет только в расплаве, так как под ее воздействием изменяется форма поверхности металла, деформируется междуполюсное расстояние (МПР), возникает циркуляция расплава и т.д. Аналогичные силы возникают и в других частях электролизера, но они не приводят к каким-либо последствиям. Поэтому в дальнейшем будут рассматриваться электромагнитные силы и их последствия только в расплаве.

тока и с учетом достигнутых показателей на передовых заводах. На рис. 8.1 представлены зависимости средней анодной плотности тока от силы тока, полученные по данным некоторых серий, оснащенных электролизерами с верхним токопод-водом и обожженными анодами. Видно, что с повышением силы тока плотность тока в аноде снижается. Это объясняется тем, что с ростом размеров электролизеров площадь анода и соответственно катода увеличивается пропорционально квадрату линейного размера, в то время как периметр возрастает пропорционально первой степени. Это приводит к тому, что потери тепла, отнесенные к единице поверхности электродов, с увеличением размеров уменьшаются. Следовательно, если оставлять плотность тока и междуполюсное расстояние неизменными, то электролит будет перегреваться, а выход по току алюминия падать.

Графики рис. 8.1 могут служить для ориентировочного выбора плотности тока. Задача дальнейшего расчета состоит в том, чтобы проверить правильность этого выбора. Если тепловой баланс электролизера при данной плотности тока не соблюдается, то приходится менять в допустимых пределах междуполюсное расстояние или тепловую изоляцию электролизера. Если этого оказывается недостаточно, принимают новое значение плотности тока и расчет повторяют снова.

где р — удельное электросопротивление электролита, Ом -см; / — междуполюсное расстояние, см; 5а — площадь сечения

каждой из секций может быть включена в электрическую цепь независимо от других обмоток. Обмотки выполнены таким образом, что каждая смежная пара полюсов секции имеет различную полярность. Ротор 2 также разделен на три секции, но каждая из них смещена по окружности относительно смежной секции на '/з междуполюсного расстояния. Полюсные наконечники ротора представляют собой постоянные магниты, которые взаимодействуют с полюсными наконечниками статора при пропускании через их обмотки электрического тока. Предположим, что в положении, показанном на рис. 91, в электрическую цепь включены обмотки секции // статора. Образующиеся магнитные поля, взаимодействуя с полюсными наконечниками ротора, повернут его в положение, соответствующее наименьшему магнитному сопротивлению, когда зубцы ротора окажутся против полюсных наконечников секции // статора. Так как в исходном положении зубцы ротора были повернуты на '/з шага, то теперь

Междуполюсное расстояние. Влияние междуполюсного расстояния связано с изменением циркуляции электролита. При постоянной плотности тока остается постоянным количество выделяющихся газов, а следовательно, и сила, возбуждающая движение расплава. Снижение междуполюсного расстояния приводит к уменьшению количества электролита, вследствие чего скорость циркуляции возрастает, что вызывает рост потерь металла и снижение выхода по току.

Однако увеличение междуполюсного расстояния приводит к росту не только выхода по току, но и падения напряжения в

В результате детального изучения производительности зарубежных электролизеров с контролем междуполюсного расстояния и измерения их выходов по току в работе [36] получена хорошая корреляция для следующего уравнения:

Первые три параметра взаимосвязаны: температуру электролита поддерживают изменением междуполюсного расстояния, от которого зависит рабочее напряжение.

На величину выхода по току влияют многие технологические параметры, которые подробно обсуждались в гл. 4. Здесь же отметим, что основными из них являются: температура и плотность тока в электролите, величина междуполюсного расстояния (МПР), состав электролита и конструкция ошиновки. Рассмотрим их с точки зрения возможности использования в качестве регулирующих параметров.

Влияние междуполюсного расстояния. От расстояния между электродами, т.е. между подошвой анода и "зеркалом" металла, в значительной степени зависит выход по току. При прочих неизменных условиях выход по току возрастает с увеличением МПР и падает с его уменьшением.

Рис. 2. Зависимость коэффициента токораспределения от силы тока (а) и междуполюсного расстояния (б): / — электролизер 1047; 2 — электролизер 1089

замера около 160 кА, а для ванны 1089 (кривая 2) —около 190кА. Причем это значение силы тока тем выше, чем лучше токорас-пределение и меньше /Стр при номинальной силе тока. Улучшением токораспределения можно в определенных пределах интенсифицировать процесс без ухудшения технологического состояния. В этих условиях достижение допустимого значения 1,7 и менее происходит при более высокой силе тока. Это еще раз подтверждает необходимость контроля за качеством установки новых анодов и их рабочим состоянием. На рис. 2,6 приведена зависимость /СТр от междуполюсного расстояния (МПР) для одного из электролизеров. Качественно аналогичные зависимости были получены и на других электролизерах. Исходное значение МПР определяли прямым измерением под шестью анодами специальным щупом. Изменение МПР оценивали по времени перемещения анодного массива, фиксируемом секундомером. При определенном значении МПР /(тр минимален и соответствует оптимальному его значению. Экстремальный характер зависимости определялся двумя факторами. При уменьшении МПР повышается вероятность нестабильности поверхности металла [3], т. е. возникновения колебаний его с частотой один раз в 30—50 с. С.другой стороны, при повышении МПР уменьшается уровень электролита и глубина погружения анодов, и токораспределение определяется в основном площадью поверхности подошвы анодов, которая может быть существенно различной на анодах разного срока службы из^за неодинаковой степени обгорания боковых поверхностей.

— имеется оптимум междуполюсного расстояния, при котором /Стр минимален;

шают равномерность распределения. Для междуполюсного расстояния существует оптимум. За 20—25 мин до анодного эффекта наблюдается рост Ктр, что может быть использовано для его прогнозирования. Получена эмпирическая зависимость выхода по току от коэффициента неравномерности токораспреде-ления. Ил. 3. Список лит. 4 назв.