Тип публикации: статья из журнала
Год издания: 2019
Идентификатор DOI: 10.17580/tsm.2019.01.04
Ключевые слова: Prebaked anode, current distribution, electrical potential, anode spike, abnormalities, mathematical model, aluminum reduction cell, ansys, обожженный анод, распределение тока, электрический потенциал, конус, нарушение, математическая модель, алюминиевый электролизер
Аннотация: Распределение тока по анодам (РТА) является одним из важных показателей работы алюминиевого электролизера, сильно влияющим на технико-экономические показатели. В промышленной практике распределение тока для ванн с обожженными анодами оценивают с помощью коэффициента неравномерности его распределения. Неравномерность распределения тока (НРТ) характерна не только для ванны, но и для отдельного анода. В статье проанализированы факторы, влияющие на НРТ. Одной из причин НРТ как в электролизере, так и на отдельном аноде является наличие неровностей на его подошве. Для исследования влияния неровностей, которые в технологической практике принято называть конусами, отставаниями, перекалами, в статье рассмотрены физическая картина и математическая модель работы анода. Оценены составляющие падения напряжения в аноде с конусом и без него. Указана одна из возможных причин появления неровностей - образование пассивирующего слоя перфторуглеродов на подошве анода. Приведены возможные реакции и ЭДС образования перфторуглеродов. Исследования проводили на модели, состоящей из двух анодов, на одном из которых задавали нарушение в виде нароста цилиндрической формы. Математическая модель включала уравнение теплопроводности и электропроводности и учитывала анодные перенапряжения (АП) и перенапряжение пузырькового слоя. Теплота Пельтье задана в виде граничного условия на подошве анода. В результате решения системы уравнений (модели) в программном комплексе ANSYS получены поля распределения температуры и плотности тока. Найдено распределение электрического потенциала и тока в конусе. Плотность тока в конусе достигает 3,5 А/см2, а на подошве без конуса - 1,2 А/см2; температура электролита в области конуса в среднем на 4 oC выше, чем в случае отсутствия нарушения на подошве анода; электрический потенциал в конусе относительно катодного алюминия составляет приблизительно 3,54 В, что подтверждает возможность протекания реакций образования перфторуглеродов и создания пассивирующего слоя на части подошвы анода. В работе от ООО «РУСАЛ ИТЦ» принимали участие И. И. Пузанов и А. В. Завадяк. Anode current distribution is one of the important performance parameters of an aluminium reduction cell strongly influencing the key performance indicators (KPI). In modern industrial practice, current distributions for cells with prebaked anodes are estimated using the сoefficient of unequal current distribution. The uneven distribution of current is typical not only of the cell, but also of the individual anode. The influence of parameters on current distribution is analyzed. One of the reasons of unequal current distribution, both in the cell and in an individual anode, is the presence of irregularities at the anode bottom. To study the influence of irregularities, which in technological practice are usually called spikes, bellies, and mushrooms, the physical picture and the mathematical model of anode performance are considered. Components of the voltage drop in the anode with and without a spike are determined. One of the possible causes of the appearance of irregularities is the formation of a passivating layer of perfluorocarbons (PFC) on the anode bottom. On the basis of literature review possible reactions based on perfluorocarbons formation are analyzed. The described model consists of two anodes, for one of which a abnormality (spike) cylindrical shape is given. The mathematical model includes the equation of thermal conductivity. The model takes into account anode and bubble overvoltages. The Peltier heat in the model in the form of a boundary condition on the anode bottom is given. As a result of solving the system of equations (model) in the ANSYS, the fields of temperature distribution and current density are obtained. The distribution of the electric potential and current in the spike was presented. The current density in the spike reaches 3.5 A/cm2, with a current density at the anode bottom without a spike of 1.2 A/cm2; the temperature of the electrolyte in the region of the spike is, on average, 4 oC higher than in the absence of a abnormality on the anode bottom; the electric potential in the spike with respect to the cathode aluminum is approximately 3.54 V, which confirms the possibility of the reactions of formation of perfluorocarbons and the creation of a passivation layer on the part of the anode bottom.
Журнал: Цветные металлы
Выпуск журнала: №1
Номера страниц: 25-30
ISSN журнала: 03722929
Место издания: Москва
Издатель: Издательский дом "Руда и металлы"