Ошиновка электролизера для получения алюминия

 

Использование: цветная металлургия, в частности электролитическое получение алюминия в электролизерах большой мощности, установленных в корпусе электролиза поперечно в два ряда. Сущность: в ошиновке электролиза, включающей сборные шины, подводящие шины и анодные стояки, сборная шина входной стороны разделена на части, от каждой из которых ток направляют к разным стоякам электролизера, а сборные шины выходной стороны соединены вертикальными шинами со средними стояками и горизонтальной шиной - с крайним стояком стороны электролизера, противоположной соседнему ряду электролизеров. 1 с. п. ф-лы, 4 ил.

Предлагаемое изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к электролитическому получению алюминия в электролизерах поперечно размещенных в корпусе электролиза и соединенных друг с другом в последовательную электрическую цепь.

Соединение электролизеров осуществляется системой токоподводящих шин, одним из основных требований к которой является создание в расплаве магнитного поля, оказывающего минимально возможное отрицательное влияние на стабильность технологического процесса.

Известна ошиновка алюминиевого электролизера поперечно установленного в корпусе электролиза (патент СССР N 865135), содержащая катодные пакеты шин входной и выходной стороны, обводные шины, стояки и анодные распределительные шины. Анодная распределительная шина через стояки, расположенные у ее концов, и обводные шины связана с катодными пакетами шин входной стороны, и через стояки, установленные у входной стороны, одновременно связана с катодными пакетами выходной стороны, а через обводные шины - с катодными пакетами шин входной стороны предыдущего в цепи электролизера, причем через стояки, расположенные у концов анодной распределительной шины, проходит 1/4 - 1/8, а через остальные стояки по 1/4 - 3/8 тока серии.

Недостатком ошиновки является наличие стояков, установленных в торцах электролизера, что не позволяет получить магнитное поле, удовлетворяющее предъявляемым к нему требованиям, особенно при большой силе тока.

Известен токоподвод к алюминиевому электролизеру (патент СССР N 1595345), характеризующийся наличием дополнительной цепи коррекции магнитного поля, расположенной параллельно поперечной оси электролизера у торца катодного кожуха. Недостатком данного решения является повышенный расход металла на компенсирующие шины и дополнительный расход электроэнергии в них.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является решение, описанное в патенте СССР N 682143 и принятое за прототип. В патенте описано устройство для компенсации магнитного поля в серии алюминиевых электролизеров, установленных в корпусе в два ряда. Устройство содержит катодные шины и не менее двух сборных пакетов катодных шин у каждого торца электролизера. Для снижения вредного воздействия на расплав магнитного поля, создаваемого током соседнего ряда электролизеров, под днищем электролизера параллельно его торцу, наиболее удаленному от соседнего ряда электролизеров, в плоскости, составляющей 459 с торцевой поверхностью анода, проложена дополнительная компенсирующая катодная шина с образованием параллельной электрической цепи со сборным пакетом катодных шин входной стороны электролизера, противоположной соседнему ряду электролизеров.

Недостатком прототипа является невозможность создания магнитного поля требуемой конфигурации во всей шахте электролизера при значительных линейных размерах электролизера большой мощности.

Техническим результатом изобретения является увеличение производительности электролизера за счет увеличения выхода по току при компенсации отрицательного влияния магнитного поля соседнего ряда электролизеров.

Технический результат достигается тем, что в ошиновке электролизера для получения алюминия при его поперечной двухрядной установке в корпусе, включающей установленные вдоль продольных сторон электролизера сборные шины с подключенными к ним катодным стержнями, установленные вдоль торцов и под днищем электролизера подводящие шины, а также анодные стояки, расположенные на входной стороне электролизера, сборная шина входной стороны разделена на две части, к каждой из которых подключено равное количество катодных стержней, причем сборная шина стороны электролизера, ближайшей к соседнему ряду электролизеров, соединена с шиной, проходящей вдоль торца и соединенной с крайним стояком, а сборная шина противоположной стороны - с шиной, проходящей вдоль противоположного торца и соединенной с крайним стояком, и с шиной, установленной под днищем электролизера и соединенной со средними стояками, при этом к каждой подводящей шине этой стороны подключено равное количество катодных стержней, подводящая шина, расположенная вдоль торца, обращенного к соседнему ряду электролизеров, установлена ближе к электролизеру, чем подводящая шина противоположного торца, а сборные шины выходной стороны соединены вертикальными шинами со средними стояками и горизонтальной шиной с крайним стояком стороны электролизера, противоположной соседнему ряду электролизеров.

Поиск по источникам научно-технической и патентной литературы показал, что такая совокупность признаков не заявлена, значит, решение отвечает критерию "существенные отличия".

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что размещение подводящих шин под днищем электролизера, соединение их со средними стояками, а участка сборных шин выходной стороны электролизера, противоположной соседнему ряду электролизеров, - с крайним стояком при направлении половины тока входной стороны вокруг торца электролизера, ближайшего к соседнему ряду электролизеров, к крайнему стояку, а четверти тока вокруг противоположного торца к крайнему стояку и четверти тока под днищем электролизера к средним стоякам, позволяет компенсировать магнитное поле как смежных электролизеров, так и электролизеров среднего ряда. Указанное решение позволяет проектировать ошиновки для электролизеров на силу тока свыше 150 кА при достаточном запасе стабильности расплава.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами: фиг. 1 - схема ошиновки; фиг. 2 - эпюры составляющих индукции магнитного поля; фиг. 3 - контуры циркуляции жидкого алюминия; фиг. 4 - форма поверхности раздела металл-электролит.

Стрелкой на чертежах показано направление тока.

Значения магнитной индукции даны в гауссах в середине слоя расплавленного металла по периметру анодного массива электролизера.

Сборные шины 1 и 2 (фиг. 1) установлены на входной стороне электролизера 3. Шина 1 соединена шиной 4, огибающей торец электролизера, с крайним стояком 5 следующего электролизера, а сборная шина 2 соединена шиной 6, огибающей противоположный торец электролизера, с крайним стояком 7 следующего электролизера и шиной 8, установленной под днищем электролизера 3 со средними стояками 9 следующего электролизера. Сборная шина 10 выходной стороны электролизера соединена вертикальными шинами 11 со средними стояками 9, а сборная шина 12 соединена шиной 13 с крайним стояком 7 следующего электролизера. Шина 4 установлена ближе к электролизеру, чем шина 6.

Ток от катодных стержней собирается сборной шиной 1 входной стороны и направляется по шине 4 вокруг торца электролизера к крайнему стояку 5, сборной шиной 2 входной стороны и направляется по шине 6 вокруг противоположного торца к крайнему стояку 7 и по шине 8, расположенной под днищем электролизера, к средним стоякам 9. От катодных стержней выходной стороны ток собирается сборными шинами 10 и 12. От шины 10 ток направляется по вертикальным шинам 11 к средним стоякам 9, а от шины 12 по шине 13 - к крайнему стояку 7.

Током соседнего ряда в шахте электролизера создается дополнительное магнитное поле с положительным значением вертикальной составляющей магнитной индукции (BZ). При этом в зоне, приближенной к соседнему ряду, величина BZ больше, а в зоне, удаленной от соседнего ряда, - меньше.

Компенсация влияния магнитного поля соседнего ряда электролизеров обеспечивается следующими моментами: направлением по шине 4 вокруг торца электролизера, ближайшего к соседнему ряду, к крайнему стояку большего тока, чем вокруг противоположного торца. Током, протекающим по шине 4, создается магнитное поле с отрицательным значением BZ, которое компенсирует дополнительное вертикальное поле от соседнего ряда в районе этого торца. Приближение шины 4 к торцу электролизера также способствует компенсации дополнительного поля в этой зоне; отбором части тока, направляемого вокруг противоположного торца электролизера к крайнему стояку, и направлением его под днищем электролизера к средним стоякам. Этим достигается уменьшение дополнительного вносимой вертикальной составляющей магнитной индукции в зоне торца, удаленного от соседнего ряда электролизеров; направлением части тока выходной стороны электролизера по шине 13 вдоль его продольной стороны в зоне торца, удаленного от соседнего ряда, к пакету, проходящему вдоль торца электролизера. Током этого пакета создается поле с отрицательным значением вертикальной составляющей магнитной индукции, также положительно влияющее на общий характер поля в расплаве.

На фиг. 2 приведены значения горизонтальной поперечной (BX), горизонтальной продольной (BY) и вертикальной (BZ) составляющих индукции магнитного поля.

Из приведенных эпюр можно сделать вывод о достаточной симметрии магнитного поля по (BZ) и по (BX) и о небольшой абсолютной величине значений магнитной индукции.

В описании ошиновки по патенту СССР N 682143 (прототип) приведены значения вертикальной составляющей магнитной индукции в расплаве электролизера на силу тока 90 кА. Успешным решением поставленной задачи признается изменение магнитной индукции со 110 до 90 гаусс и с 10 до 30. На практике же такая асимметрия поля не позволит работать электролизеру в нормальном технологическом режиме.

В предлагаемом решении для силы тока 175 кА получены значения вертикальной составляющей под углам анодного массива от 9 до 28 гаусс при значениях горизонтальной поперечной составляющей, не превышающих 34 гаусс, что свидетельствует о возможности достижения стабильного технологического режима работы электролизера. Приведенные расчетные значения магнитной индукции позволят достичь 92-93% выхода по току, что превышает достигнутый в отечественной практике уровень производительности и сопоставимо с уровнем лучших мировых фирм.

Для предлагаемого изобретения выполнены расчеты магнитного поля, формы границы раздела металл - электролит, контуров циркуляции металла. Результаты расчетов приведены на фиг. 2 - 4. По результатам расчетов разработаны рабочие чертежи для ошиновки корпуса, оснащенного электролизерами на силу тока 175 кА, установленными поперечно в два ряда.

Формула изобретения

Ошиновка электролизера для получения алюминия при его поперечной двухрядной установке в корпусе, включающая установленные вдоль продольных сторон электролизера сборные шины с подключенными к ним катодными стержнями, установленные вдоль торцов и под днищем электролизера подводящие шины, а также анодные стояки, расположенные на входной стороне электролизера, отличающаяся тем, что, с целью увеличения производительности электролизера за счет увеличения выхода по току при компенсации отрицательного влияния магнитного поля соседнего ряда электролизеров, сборная шина входной стороны разделена на две части, к каждой из которых подключено равное количество катодных стержней, причем сборная шина стороны электролизера, ближайшей к соседнему ряду электролизеров, соединена с шиной, проходящей вдоль торца и соединенной с крайним стояком, а сборная шина противоположной стороны - с шиной, проходящей вдоль противоположного торца и соединенной с крайним стояком, и с шиной, установленной под днищем электролизера и соединенной со средними стояками, при этом к каждой подводящей шине этой стороны подключено равное количество катодных стержней, подводящая шина, расположенная вдоль торца, обращенного к соседнему ряду электролизеров, установлена ближе к электролизеру, чем подводящая шина противоположного торца, а сборные шины выходной стороны соединены вертикальными шинами со средними стояками и горизонтальной шиной - с крайним стояком стороны электролизера, противоположной соседнему ряду электролизеров.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4