2.4.3.4 Потери тепла с поверхности корки и с открытого электролита

Коэффициент теплоотдачи от расплава электролита к горизонтальной поверхности вверх (анодному массиву),

=130, Вт/(м²·К).

Расчетное значение коэффициента теплоотдачи к воздуху, также как и , увеличивается на 30%.

Коэффициент теплопроводности корки электролита:

, Вт/(м·К).

(2.85)

Коэффициент теплопроводности глинозема:

, Вт/(м·К).

(2.86)

Определяющий размер при потерях теплоты с корки – наименьшая сторона горизонтальной поверхности – расстояние от торца анода до боковой футеровки.

Поверхностная плотность теплового потока через корку:

,

(2.87)

где температура воздуха под анодным укрытием, ⁰С;

– суммарный коэффициент теплоотдачи.

В таблицах 2.8 и 2.9 приводятся результаты расчета.

Таблица 2.8 – Расчет тепловых потерь через корку и открытый электролит

Температуры на границах:
электролит-корка	932	0С
корка-глинозем	842	0С
глинозем-воздух	394	0С
Средние температуры слоев:
криолит-глиноземная корка	887	0С
глинозем на корке	618	0С

Таблица 2.9

Коэффициенты теплоотдачи
от электролита к горизонтальной стенке	130	Вт/(м2∙К)
от глинозема к воздуху конвекцией (вверх)	8,2	Вт/(м2∙К)
от электролита к воздуху излучением (вверх)	22,8	Вт/(м2∙К)
от глинозема к воздуху излучением (вверх)	9,3	Вт/(м2∙К)
Коэффициенты теплопроводности
глин.корки	2,48	Вт/(м∙К)
глинозема на корке	0,30	Вт/(м∙К)

Блок-схема алгоритма расчета теплового баланса представлена на рисунке 2.5.

В блок 1 заносятся исходные данные для расчета теплового баланса. Определение размеров электролизера производится в блоке 2. В блоках 3 и 4 находятся статьи прихода и расхода без тепловых потерь. Блоки 5-8 определяют температуры на границах слоев, плотности тепловых потоков, коэффициенты теплопроводности слоев и тепловые потери через конструкции электролизера. Вывод данных осуществляется в блоке 9. На рисунке 2.6 представлено окно «тепловой баланс» программы для расчета балансов электролизера [82,83].

Рисунок 2.5 – Блок-схема расчета теплового баланса

Рисунок 2.6 – Тепловой баланс электролизера

По следующему уравнению можно определить растворимость используемых в промышленности расплавов:

максимальное содержание глинозема в электролите, % [1]:

,

(4.9)

где температура электролита, ⁰С;

На рисунке 4.3 приведена зависимость растворимости глинозема от состава электролита.

Рисунок 4.3 – Растворимость глинозема

Зависимость концентрации насыщения алюминия от состава электролита и температуры представлена уравнением:

,

(4.10)

Состав и давление насыщенного пара над электролитом играют важную роль в технологии электролиза, поскольку определяют потери фторидов при испарении. Главным компонентом пара над расплавом является тетрафторалюминат натрия , имеющий криолитовое отношение 1. Поэтому пар, покидающий расплав вместе с анодными газами, испаряясь в пузыри при их движении по подошве анода, приводит не только к потерям солей, но и нарушает состав электролита, делая его более щелочным, что требует регулярной корректировки.

Упругость пара зависит от температуры с состава расплава и описывается уравнением:

,

(4.11)

Вязкость электролита, мПа∙с:

(4.12)

Вязкость жидкого алюминия, мПа∙с:

(4.13)

Теплоемкость электролита (массовая теплоемкость, кДж/(кг·К)) находится из теплоемкостей веществ, его составляющих.

,

(4.15)

Выражение для расчета расхода углерода анода (кг/т Al):

,

(4.31)

где NC – удельный расход обожженных анодов, кг/т Al;

C – фактор конструкции электролизера;

CE – выход по току,%;

BT, – температура электролита действительная и номинальная, ⁰С;

CRR – показатель карбоксиреактивности, %;

AP – воздушная проницаемость, нП·м;

TC – теплопроводность, Вт/(м·К);

ARR – реакционная способность на воздухе, %.

Плотность алюминия, кг/м³:

.

(4.32)