Электрические характеристики

Электрические характеристики самообжигающихся анодов включают потери напряжения в токоведущей части анодов, в стальных штырях, в контакте штырь-анод, а также сведения, характеризующие равномерность распределения нагрузки по штырям.

Аноды ВТ. Среднее падение напряжения в аноде электролизёров на 130-170 кА составляет 630-700 мВ и определяется анодной плотностью тока, удельным электрическим сопротивлением токоведущей части анодов и средним расстоянием от конца штырей до подошвы анода.

Падение напряжения в штыре зависит от плотности тока в нем, от его температуры, положения относительно токоведущей части и составляет 110-120 мВ. Следует обратить внимание на состояние самого штыря: недопустимо снижение диаметра и длины штыря за пределы установленных допусков, нарушение контактного соединения стальной части с алюминиевой штангой.

Падение напряжения в контакте штырь-анод зависит кроме указанных факторов от чистоты поверхности штыря. Чем выше температура нижней части штыря, тем интенсивнее образуется слой окалины из окисленного и сернистого железа, являющийся изолятором. Контактное падение напряжения составляет 60-80 мВ, однако эта цифра может возрастать в полтора - два раза, если штыри не подвергаются регулярной чистке. Наиболее эффективное удаление окалины с поверхности штырей достигается чисткой в дробеструйных машинах.

Допустимый срок службы штырей устанавливается каждым предприятием и составляет 36-42 мес. На некоторых зарубежных предприятиях эта цифра снижается до 18 мес. Однако в любом случае штыри необходимо калибровать по длине и диаметру. В одном корпусе или в одной бригаде должны использоваться штыри одной длины и диаметра в пределах принятого допуска. Штыри непригодной геометрии должны отбраковываться и заменяться новыми. Замечено также, что использование штырей с большим сроком службы и нарушенной геометрией приводит к заметному повышению съёма угольной пены.

Падение напряжения в токоведущей части анода зависит от её высоты и удельного электрического сопротивления используемой анодной массы. Падение напряжения непосредственно в токоведущей части анода составляет в среднем 400-450 мВ и при уменьшении среднего расстояния от конца штырей до подошвы анодов на 1см снижается на 10-15 мВ.

Равномерность токовой нагрузки на штыри определяется геометрией конуса спекания, расстановкой по горизонтам и их контактами с анодом. Внутренние ряды штырей, находящиеся в зоне наибольшей высоты конуса, принимают 52-54 % и более токовой нагрузки. Выравнивание токовой нагрузки по штырям следует расценивать как положительный фактор. При равномерной нагрузке происходит уменьшение горизонтальной составляющей плотности тока, что позволяет несколько снизить потери напряжения в аноде и исключить местные перегревы в местах повышенной концентрации тока. Последний фактор очень важен, т.к. местные перегревы и местные усадки анода приводят к образованию трещин, сколов и угольной пены.

Существенное перераспределение тока происходит между угловыми и центральными штырями, а также между верхним и нижним горизонтами в период между перестановками штырей. Постепенно сила тока в штырях верхнего горизонта возрастает, а нижнего - уменьшается. При увеличении числа горизонтов скачкообразное повышение силы тока на штырях нижнего горизонта, наблюдающееся в момент перестановки, снижается и при восьми горизонтах практически отсутствует.

Существенное влияние оказывает и высота подъёма штырей при перестановке: чем она больше, тем сильнее скачки тока на штырях нижнего горизонта. Наиболее распространенной является расстановка штырей на 4-х и 12-ти горизонтах. С переходом на расстановку штырей с 4 на 12 горизонтов перепад напряжения в аноде снижается не менее чем на 40-50 мВ. Недостатком расстановки штырей на 12-ти горизонтах считают сложность операции перестановки штырей, а именно, вовлечение в эту работу большого числа электролизёров ежедневно. Усложняется работа кранов.

Следует отметить, что на распределение тока по штырям оказывает влияние и ряд других факторов. Например, если на части штырей загрязнена контактная поверхность или поверхность контактных колодок (шин), то сопротивление контакта штырь-шина возрастает, и нагрузка на эти штыри снижается. То же самое относится к качеству затяжки контактов.

Глубокие сплошные трещины изолируют отдельные участки анода и также препятствуют равномерному распределению тока.

Аноды БТ. Электрическое поле самообжигающегося анода БТ существенно отличается от анода с верхним подводом тока. Среднее падение напряжения в нем почти на 100-130 мВ ниже, чем на электролизерах с верхним подводом тока. Это достигается за счет меньшего электрического сопротивления всех токоведущих частей анода: стального штыря, контакта штырь-анод, токоведущей части анода.

На электролизере с боковым подводом тока длина штыря значительно меньше, а условия коксования анодной массы вокруг штыря замедленные и более благоприятные для получения лучшего контакта штырь-анод. Поэтому контактное падение напряжение анод-штырь не превышает 25-30 мВ. В токоведущей части перепад напряжения для этого типа анода также ниже, если угол наклона штырей и среднее расстояние от штырей до подошвы анодов выдержаны правильно.

Проблема равномерности распределения тока на электролизерах БТ не стоит так остро, как для ВТ. Этому способствует размещение штырей каждого ряда на одном уровне и под одним углом наклона, а также меньший износ штырей. Кроме того, более низкая мощность этого типа электролизеров не способствует концентрации тока на отдельных участках анода.