Ошиновка алюминиевого электролизера

 

Изобретение относится к производству алюминия методом электролиза расплавленных криолитовых солей в электролизерах на силу тока 250-320 кА при поперечном расположении их в корпусе электролиза. Технический результат - повышение выхода металла по току за счет снижения воздействия магнитного поля на катодный алюминий. Технический результат достигается тем, что каждый из пакетов шин ошиновки, огибающих торцы катодного кожуха электролизера, передает от 35 до 50% тока входной стороны электролизной ванны. В пакетах шин ошиновок, огибающих торцы катодного кожуха электролизера, проходит соответственно по 35 и 50% тока входной стороны. Ошиновка включает в себя анодные стояки, расположенные вдоль продольных сторон электролизера, сборные шины с катодными спусками, сборные шины выходной стороны, пакеты катодных шин, расположенные под днищем электролизера, и пакеты огибающие торцы электролизера. Крайние стояки соединены с крайними сборными шинами входной стороны пакетами шин и со сборными шинами выходной стороны. Ошиновка работает следующим образом. Посредством катодных спусков ток передается на сборные катодные шины и по пакетам шин поступает в стояки последующего в серии электролизера. При этом по одним пакетам передается 0-15%, а по другим пакетам 35-50% тока входной стороны. Через анодные стояки проходит равное количество тока. Каждый стояк питает анодную шину в определенной точке, вокруг которой симметрично расположено одинаковое количество анодов. 4 ил.

Изобретение относится к производству алюминия методом электролиза расплавленных криолитовых солей и электролизерах на силу тока 250 - 320 кА при поперечном расположении их в корпусе электролиза.

Известна ошиновка алюминиевого электролизера при поперечном расположении его в корпусе электролиза, содержащая катодные пакеты шин входной и выходной сторон катодного кожуха, обводные шины, стояки и анодную распределительную шину, которая через стояки, расположенные у ее концов, и обводные шины связана с катодными пакетами шин входной стороны катодного кожуха, и через сточки, установленные у входной стороны катодного кожуха, одновременно связана с катодными пакетами шин выходной стороны, а через обводные шины - с катодными пакетами шин входной стороны катодного кожуха предыдущего в серии 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 (Патент Франции 865135, М. Кл.⁵ C 25 C 3/16, 1978). Недостатком указанной ошиновки является наличие двух анодных стояков в области торцов катодного кожуха. Из практики эксплуатации электролизера мощностью 250-300 кА известно, что обеспечение их магнитогидродинамической (МГД) стабильности достигается при условии, если вертикальное магнитное поле (Bz) в расплаве не более 15-20 Гаусс, а продольное (направленное по направлению тока в серии) магнитное поле (Bx) не более 20-25 Гаусс. При расположении анодных стояков в торцах электролизера они и питаемые ими участки сборных анодных шин будут создавать в расплаве магнитное поле, направленное поперек ванны (по направлению тока в серии - Bx). При этом данное поле будет складываться с магнитным полем от объемных токов анодного массива и расплава. Поэтому в торцевых зонах ванны в металле поле поперек ванны (Bx) всегда будет превышать допустимую величину 25 Гаусс, тем самым не будут обеспечиваться необходимые условия МГД стабильности для мощных электролизеров.

Наиболее близкой по достигаемому эффекту к предлагаемому решению является ошиновка алюминиевого электролизера при поперечном расположении в корпусе, содержащая сборные шины с катодными спусками, установленными вдоль входной и выходной продольных сторон электролизера, равноотстоящие анодные стояки, установленные на входной стороне, через которые протекают одинаковые токи, анодная ошиновка соединена с предыдущим элеткролизером посредством стояков таким образом, что каждый стояк питает анодную ошиновку в точке, вокруг которой симметрично расположено одинаковое количество анодов, при этом крайние стояки соединены с крайними сборными катодными шинами входной стороны электролизера пакетами шин, расположенными вдоль торцевых сторон, каждый из которых передает 35% тока входной стороны, и со сборными катодными шинами выходной стороны электролизера, а средние стояки соединены со средними сборными шинами входной стороны пакетами шин, размещенными симметрично под катодными блоками, наиболее близко расположенными к торцам электролизера, каждый из которых передает 15% тока входной стороны, и со сборными катодными шинами выходной стороны электролизера (Патент Франции 2552782, М.кл. ⁵ C 25 C 3/08, 1985). Недостатком известной ошиновки является то, что она не обеспечивает оптимальное магнитное поле в расплавленном металле при сочетании ее с толстостенными ферромагнитными катодными кожухами, обладающими значительными экранирующими свойствами магнитному полю. То есть, ошиновка ограничивает возможность применения катодных кожухов различной конструкции из ферромагнитного материала. При использовании в производстве алюминия, например, отечественных катодных кожухов контрофорсной конструкции, стенки которых обладают значительными экранирующими свойствами, в сочетании с рассматриваемой выше ошиновкой-прототипом, в расплаве не будет достигнуто оптимальное магнитное поле, а именно величина вертикального магнитного поля будет превышать допустимое значение 15-20 Гаусс.

Цель изобретения - повышение выхода металла по току за счет снижения воздействия магнитного поля на катодный алюминий.

Указанная цель достигается тем, что каждый из пакетов шин, огибающих торцы катодного кожуха электролизера, передает от 35 до 50% тока входной стороны.

На фиг. 1 представлена схема ошиновки электролизера для случая, когда в пакетах катодных шин, огибающих торцы ванны, проходит по 35% тока входной стороны; на фиг. 2 - когда в аналогичных пакетах проходит по 50% тока входной стороны; на фиг. 3 и 4 показаны графики рассчитанных значений вертикальной составляющей магнитного поля в рабочей зоне электролизера соответственно при 35% и 50% тока с входной стороны в шинах, огибающих торцы, и разной толщине стенок ферромагнитного катодного кожуха.

Ошиновки на фиг. 1 и 2 включают в себя анодные стояки 1, расположенные вдоль продольной входной стороны электролизера, сборные шины 2 и 3 с катодными спусками, сборные шины 4,5 выходной стороны, пакеты шин 6, расположенные под днищем электролизера, и пакеты 7, огибающие торцы электролизера. Крайние стояки 1 соединены с крайними сборными шинами 3 входной стороны пакетами шин 7 и со сборными шинами выходной стороны. Средние стояки 1 подключены к средним сборным шинам 2 входной стороны пакетами шин 6 и к сборным шинам 4 и 5 выходной стороны. Стояки 1 подключены к анодным шинам 9 последующего электролизера в точках 10.

Ошиновка работает следующим образом. Посредством катодных спусков ток передается на сборные катодные шины 2 - 5 и по пакетам шин 6 и 7 поступает в стояки 1 следующего в серии поперечно расположенного электролизера. При этом по пакетам 6 передается 0 - 15%, а по пакетам 7 передается 35-50% тока входной стороны. Через анодные стояки 1 проходит равное количество тока. Каждый стояк 1 питает анодную шину 9 в точке 10, вокруг которой симметрично расположено одинаковое количество анодов.

Распределение тока в анодных шинах 9 играет существенную роль в формировании магнитного поля в расплаве электролизера по вертикальной Bz, а особенно по продольной Bx компонентам (при поперечном расположении электролизера в корпусе). Одинаковое количество тока в анодных стояках, симметричное расположение равного количества анодов вокруг точек 10 обеспечивают минимально возможные в этих условиях токи в анодных шинах 9, которым соответствуют небольшие величины Bx и Bz составляющих магнитного поля в расплаве, генерируемые этими токами, симметрию этих компонент относительно осей электролизера.

Как видно на фиг. 1 и 2, в сборных катодных шинах 2 и 3 на входной стороне ток направлен от середины электролизера к его торцам. На выходной стороне электролизной ванны ток в сборных шинах 4 и 5, а также в участке пакетов шин 7 направлен в противоположную сторону, т.е. от торцов ванны к ее середине. В связи с последовательным расположением электролизеров в серии сборные шины 2 и 3 входной стороны каждого электролизера находятся в непосредственной близости от сборных шин 4 и 5 и участков пакетов шин 7 выходной стороны предыдущего электролизера. Вокруг параллельных проводников, в которых ток направлен в противоположные стороны, магнитное поле взаимно компенсируется. Таким образом, обеспечиваются небольшие величины Bz составляющей в расплаве электролизеров.

Горизонтальные участки катодных шин 8, соединяющие анодные стояки с катодной ошиновкой предыдущего и с анодной ошиновкой последующего электролизеров, как видно на фиг. 1 и 2, в соответствии с правилом "буравчика", формируют в расплавленном металле 11 в серии последовательных электролизеров вертикальное магнитное поле в левой половине ванны положительное (направленное вверх) и в правой половине ванны - отрицательное (направленное вниз). Сборные катодные шины 2, 3 и пакеты шин, огибающие торцы 7, наоборот, создают в металле 10 вертикальное поле, противоположное указанному выше, т. е. компенсируют его. Таким образом, от эффективности воздействия на расплав 11 магнитного поля пакетов шин 7, огибающих торцы ванны, зависит величина вертикальной составляющей магнитного поля в ванне, которая в свою очередь определяется расстоянием от шин 7 до металла 11, экранирующими магнитному полю свойствами катодного кожуха 12 и силой тока в пакетах 7. Расстояние от шин, огибающих торцы, до металла и экранирующие свойства определяются конструкцией катодного кожуха 12. Сила тока в пакетах 7 определяется конструкцией ошиновки. Таким образом, изменяя силу тока в пакетах шин 7 за счет подключения к ней различного количества катодных стержней входной стороны, можно подбирать оптимальную величину вертикального магнитного поля для различных конструкций катодного кожуха. Выбор величины тока в пакетах шин, огибающих торцы, при проектировании новых конструкций электролизеров можно осуществлять с помощью компьютерного моделирования.

С целью обоснования заявляемых пределов по силе тока в пакетах катодных шин 7 выполнены расчеты на компьютерной модели составляющих векторов магнитной индукции в плоскости среднего уровня металла экспериментального отечественного электролизера по проекции анодного массива вдоль его продольных сторон. Компьютерная модель разработана в институте ВАМИ, она учитывает влияние магнитного поля от соседних электролизеров и ферромагнитных конструкций. Расчеты выполнены для двух граничных случаев, а именно, когда вокруг торцов проходит по 35% кожуха имеют толщину 10 мм и когда в пакетах шин 7 проходит по 50% тока с входной стороны (ошиновка показана на фиг. 2), а толщина стенок кожуха составляет 20 мм.

Для большей наглядности результаты расчетов по наиболее влиятельной на гидродинамику вертикальной составляющей магнитного поля Bz показаны соответственно для обоих случаев на фиг. 4 и 3. Как видно из представленных данных, во всех примерах обеспечивается оптимальное магнитное поле в расплаве (Bx не превышает 25 Гаусс, а Bz - 20 Гаусс), несмотря на то, что в 1-ом случае применяется ферромагнитный магнитный катодный кожух, обладающий меньшими экранирующими магнитному полю свойствами, с толщиной бортовых стенок 10 мм, а во втором случае с - большими ферромагнитными свойствами соответственно с толщиной стенок 20 мм.

Таким образом, в отличие от прототипа, предлагаемая ошиновка позволяет создавать оптимальное магнитное поле в рабочей зоне электролизеров с катодными ферромагнитными кожухами, обладающими различными экранирующими свойствами магнитному полю. Тем самым обеспечивается более высокая магнитогидродинамическая устойчивость этих электролизеров, а значит и более высокий выход по току металла.

Формула изобретения

Ошиновка алюминиевого электролизера при поперечном расположении электролизеров в корпусе, содержащая сборные шины с катодными спусками, установленными вдоль входной и выходной продольных сторон электролизера, в которой анодная ошиновка соединена с предыдущим электролизером посредством равноотстоящих стояков, расположенных на его входной стороне, через которые протекают одинаковые токи так, что каждый стояк питает анодную ошиновку в точке, вокруг которой симметрично расположено одинаковое количество анодов, при этом крайние стояки соединены с крайними сборными шинами входной стороны электролизера пакетами шин, расположенными вдоль торцевых сторон и со сборными шинами выходной стороны электролизера, а средние стояки соединены со средними сборными шинами входной стороны пакетами шин, размещенными симметрично под днищем электролизера и со сборными шинами выходной стороны, отличающаяся тем, что каждый из пакетов шин, огибающих торцы электролизера, передает 35 - 50% тока входной стороны.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4

MM4A Досрочное прекращение действия патента из-за неуплаты в установленный срок пошлины заподдержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 13.09.2009

Дата публикации: 10.12.2011

---