DOC《一种铝电解槽母线电流分布计算方法的探讨》

7、R8表示上游槽与立柱母线连接的槽底母线.因此,根据式(3)便可以方便地将R1~R8求出. 图1 立柱母线示意图及等效电阻简图 Fig.

1 Sketch map and equivalent circuit diagram of riser busbar 现代大型铝电解槽大都采用多点进电方式,假定为n(n≥4)点进电,即有n根立柱母线.上游槽的电流通过槽周母线汇集,然后根据母线系统配置情况分别进入下游槽的n根立柱母线,从而形成n条并联电路.计算各支路中各段母线及软带的电阻后,假设各支路总的电阻为R

1、R

2、…、Rn,则电解槽总的电阻为: (4) (5) 其中,Ri为n个并联电阻中其中的一个,一般为了计算方便,选取能被其它电阻整除或并联电阻中阻值最大的一个. 由于总电流I总为已知量,则母线系统电压: (6) 那么,各支路的电流: (7) 可以将每条支路电流作为一电流源,根据基尔霍夫电压定律(KVL)就可以求出支路中各点的电压,从而可以得出母线系统的电流分布.

2 应用算例 根据上述理论,我们以某电解铝厂350 kA系列母线为例进行计算.该系列电解槽为6点进电方式,即由6条支路形成并联,每条支路又由2条或3条子支路形成,其等效电阻网络简图如图2所示. 图2 六点进电等效电阻简图 Fig.2 Equivalent circuit diagram of

6 risers 图2中,I1~I6表示各支路电流;

Rij(i=1,2,…,6;

j=1,2,3)表示槽底母线及阴极软带的电阻;

Rl1~Rl6表示立柱母线的电阻. 由于Excel处理数据非常方便,在Excel中编辑好公式,只需输入各段母线及软带等的几何尺寸,就能很方便地计算出电阻,同时,可以计算出其质量、电流密度、热流密度等参数.因此,所有计算均在Excel中完成.下面,我们以某一条支路计算为例. 先在Excel中编辑好一个模块,包含电压值、电流值、电流密度、电阻、热流密度、尺寸、质量、温度等信息.输入尺寸后,根据公式(3)得出电阻,再根据公式(7)算出的支路电流,从而得出电压值;

电流密度,即电流密度=电流/(宽*高);

热流密度,这里所说的热流密度是指电阻产生的热量在截面的密度,即热流密度=电流*电流*电阻/(长*(宽+高));

质量,铝的质量密度为2.7*103 kg/m3. 然后根据支路各点的串并联关系得出各点的电流及电压值.某支路Excel计算的等效电阻网络如图3所示. 图3 某支路的等效电阻网络 Fig.3 Equivalent resistance network of a branch circuit 图3中,Ra1~Ra

3、Rb1~Rb3分别表示进电侧(A侧)、出电侧(B侧)的阴极软带电阻,Rm1~Rm21表示各段母线电阻,Rlb1~Rlb10表示铝板电阻.具体数值汇总如表1所示. 表1 各点电流、电压值汇总 Table

1 Current and voltage values 项目 电阻/Ω 电流/A 电压/mV 项目 电阻/Ω 电流/A 电压/mV Ra1 1.44E-03

5 288 6.19 Rm1 2.58E-04

5 288 1.11 Ra2 1.57E-03

5 653 7.30 Rm2 2.58E-04

8 941 2.31 Ra3 1.57E-03

6 125 9.61 Rm3 5.04E-04

15 066 7.59 Rb1 3.05E-03

5 379 16.39 Rm4 7.31E-05

15 066 1.10 Rb2 3.05E-03

6 126 18.66 Rm5 4.48E-05

15 066 0.68 Rb3 3.05E-03

7 722 23.53 Rm6 1.18E-03

15 066 17.81 Rb4 3.05E-03

7 378 22.48 Rm7 7.79E-05

15 066 1.17 Rb5 3.05E-03

5 046 15.37 Rm8 2.55E-03

15 066 38.43 Rb6 1.58E-03

6 573 10.40 Rm9 7.79E-05

15 066 1.17 Rb7 1.58E-03

5 187 8.21 Rm10 1.17E-03

15 066 17.67 Rlb1 2.49E-04

15 066 3.75 Rm11 7.08E-05

15 066 1.07 Rlb2 1.81E-04

15 066 2.72 Rm12 4.23E-04

5 379 2.27 Rlb3 1.81E-04

15 066 2.72 Rm13 4.23E-04

11 505 4.86 Rlb4 1.21E-04