Математическое моделирование распределения тока при наличии нарушений на подошве анода алюминиевого электролизера=Mathematical modeling of current distribution in the presence of abnormalities on the reduction cell anode bottom

Abstract

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.