Способ ошиновки алюминиевого электролизера

 

Изобретение относится к металлургии алюминия, в частности к способу получения алюминия электролизом расплавленных солей. Техническим результатом изобретения является снижение расхода электроэнергии, повышение производительности электролизера на 1-2%. Способ включает подвод тока к аноду от токоподводящих стояков рядами анодных штырей, подключенных к анодным шинам. Ток по анодным шинам соседних рядов анодных штырей от противоположных токоподводящих стояков подводят в противоположном направлении по всей длине токоподвода к аноду. От токоподводящих стояков выходного по ходу тока торца электролизера ток подводят к внутренним рядам анодных штырей с меньшим электрическим сопротивлением токоподвода к аноду. 1 табл., 2 ил.

Изобретение относится к области металлургии алюминия, в частности к способу получения алюминия электролизом расплавленных солей.

Магнитное поле в шахте электролизера взаимодействует с токами, протекающими в катодном металле, что вызывает циркуляцию и перекос поверхности металла в шахте электролизера. Это приводит к снижению выхода металла по току, других показателей работы электролизера.

Для повышения выхода металла по току за счет снижения циркуляции и перекоса поверхности катодного металла используют основные приемы создания ошиновки, которая формирует минимальное по величине и симметричное магнитное поле в шахте электролизера. При этом магнитное поле в шахте должно разбиваться на мелкие вихри и раздробить большие циркуляционные потоки металла на мелкие вихревые потоки.

Известно техническое решение по а.с. № 1302736, кл. С 25 С 3/16, снижающее вертикальную составляющую магнитного поля в шахте посредством появления в катодном металле вертикальной составляющей магнитного поля, противоположной внешнему магнитному полю. Согласно этому техническому решению подвод тока к анодным штырям и аноду осуществляют по дополнительным анодным шинам, установленным параллельно основным анодным шинам, соединенным между собой и со стояками перемычками и расположенным в одной вертикальной плоскости с бортовой футеровкой катода на расстоянии, составляющем 0,5-1,0 расстояния между поверхностью бортовой футеровки и основными анодными шинами.

Недостатками этого решения являются подвод тока к анодным штырям и аноду в одном направлении по дополнительным и основным анодным шинам, разнесенным на указанном выше расстоянии, а также компенсация внешнего магнитного поля токами, протекающими по дополнительным анодным шинам. Проникновению внешнего магнитного поля в шахту катода, наряду с экраном катодного кожуха, препятствует внутреннее магнитное поле, созданное токами, протекающими в анодном узле и катодном металле. При этом внешнее магнитное поле воздействует на катодный металл в 8-10 раз меньше в сравнении с воздействием на него внутреннего магнитного поля, что не позволяет компенсировать циркуляцию металла по четырем асимметричным контурам при двухстороннем асимметричном токоподводе к аноду, а также циркуляцию металла по трем контурам при подводе тока тремя стояками.

Зависимость циркуляции и перекоса поверхности металла от токоподвода к аноду и внутреннего магнитного поля приводит к необходимости компенсировать отрицательное влияние токоподвода к аноду на циркуляцию катодного металла.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому эффекту к предлагаемому является способ ошиновки алюминиевых электролизеров по патенту № 1724738, кл. С 25 С 3/16, повышающий равномерность распределения токовой нагрузки по длине анода. Согласно способу токовую нагрузку выравнивают на катодных шинах предыдущего в серии электролизера шунтированием катодных шин и осуществляют симметричный подвод тока к аноду соединением групп анодных штырей с шунтирующим соединением электрически изолированных между собой анодных шин.

Недостатком способа является противоположность направления токов в анодных шинах, отводящих ток от противоположных токоподводящих стояков к рядам анодных штырей, телу анода и соответственно катодному металлу. Противоположно направленные токи в анодных шинах создают нулевую точку токоподвода на этих шинах и относительно нулевой точки противоположно направленное магнитное поле на торцевых участках шахты катода. Магнитное поле, взаимодействуя с токами в металле, вызывает его циркуляцию по четырем асимметричным контурам, пропорциональным величине токовой нагрузки, подводимой от токоподводящих стояков. Создание нулевой точки токоподвода не позволяет разбить магнитное поле в шахте электролизера на мелкие вихри и раздробить четыре больших циркуляционных потока металла на мелкие вихревые потоки. При этом не удается снизить циркуляцию катодного металла, перекос его поверхности, добиться повышения устойчивости работы электролизера, его производительности.

Задачей данного изобретения по предлагаемому способу является повышение технико-экономических показателей работы электролизера.

Техническим результатом предложения является снижение расхода электроэнергии, повышение производительности электролизера на 1-2%.

Технический результат достигается тем, что в способе ошиновки алюминиевого электролизера, включающем подвод тока к аноду от токоподводящих стояков рядами анодных штырей, подключенных к анодным шинам, ток по анодным шинам соседних рядов анодных штырей от противоположных токоподводящих стояков подводят в противоположном направлении по всей длине токоподвода к аноду, при этом от токоподводящих стояков выходного по ходу тока торца электролизера ток подводят к внутренним рядам анодных штырей с меньшим электрическим сопротивлением токоподвода к аноду.

Подвод тока по анодным шинам соседних рядов анодных штырей от противоположных токоподводящих стояков в противоположном направлении по всей длине токоподвода к аноду устраняет образование нулевой точки токоподвода на электролизере, обеспечивает взаимную компенсацию магнитного поля, создаваемого токами, протекающими по анодным шинам соседних рядов анодных штырей. При этом к телу анода подводятся противоположно направленные токи, которые создают в зоне расплава магнитное поле от каждой анодной шины и формируют напряженность магнитного поля одностороннего токоподвода для каждой анодной шины по всей длине токоподвода к электролизеру. Это создает в зоне расплава напряженность магнитного поля противоположного направления и компенсирует противоположно направленные составляющие магнитного поля в шахте катода по осям X, Y, Z. Взаимная компенсация составляющих магнитного поля электролизера снижает напряженность магнитного поля в зоне расплава. Формирование смещенного магнитного поля по осям X, Y, Z относительно продольной и поперечной оси электролизера делит магнитное поле в шахте электролизера на мелкие вихри, а четыре асимметричных контура циркуляции металла - на мелкие вихревые потоки с преобладающей поперечной циркуляцией металла в шахте электролизера. Подвод тока от токоподводящих стояков выходного по ходу тока торца электролизера к внутренним рядам анодных штырей с меньшим электрическим сопротивлением токоподвода к аноду снижает сопротивление токоподвода к выходному торцу электролизера и выравнивает подвод токовой нагрузки к торцевым участкам анода. В этих условиях повышается взаимная компенсация магнитного поля в шахте электролизера, снижается циркуляция и перекос поверхности металла, обеспечивая тем самым повышение производительности электролизера за счет повышения устойчивости его работы, снижения потерь металла на окисление.

Данный способ опробован на Братском алюминиевом заводе, показал хорошие результаты повышения устойчивости работы электролизера, наработки металла.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемый способ отличается признаками, заявленными в отличительной части формулы изобретения. Следовательно, данное предложение отвечает критерию “новизна”.

Сравнение заявленного способа не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области не выявил сходных признаков с отличительными признаками данного предложения.

Таким образом, заявленное решение отвечает критериям "изобретательский уровень" и "промышленная применимость".

Пример осуществления способа.

На фиг.1 приведена схема подвода тока к аноду электролизера с двухсторонним подводом тока от токоподводящих стояков 1 анодными шинами 2 к рядам анодных штырей 3. Стрелками показано направление тока в анодных шинах.

Ток по анодным шинам 2 соседних рядов анодных штырей 3 от противоположных токоподводящих стояков 1 подводили в противоположном направлении по всей длине токоподвода к аноду, от токоподводящих стояков выходного по ходу тока торца электролизера ток подводили к внутренним рядам анодных штырей с меньшим электрическим сопротивлением токоподвода к аноду.

Результаты измерения разности потенциалов на анодных шинах при токоподводе к аноду предлагаемым и базовым способом приведены в таблице.

Из таблицы видно, что предлагаемый способ устраняет нулевую точку токоподвода в сравнении с базовым (асимметричным) подводом тока и обеспечивает условия одностороннего токоподвода для каждого ряда анодных штырей. Наложение эпюр распределения напряженности магнитного поля одностороннего токоподвода в условиях предлагаемого подвода тока к аноду позволяет показать сравнительную циркуляцию металла в шахте электролизера при одностороннем токоподводе, тремя стояками, базовым (асимметричным) и предлагаемым подводом тока к аноду, фиг.2. Из фиг.2 видно, что предлагаемый способ позволяет разбить большие циркуляционные потоки металла на мелкие вихревые потоки с преобладающей их циркуляцией в поперечном направлении шахты электролизера. Это указывает на снижение циркуляции и перекоса поверхности металла, позволяет прогнозировать увеличение выхода по току на 1-2%.

Формула изобретения

Способ ошиновки алюминиевого электролизера с двухсторонним токоподводом, включающий подвод тока к аноду от токоподводящих стояков рядами анодных штырей, подключенных к анодным шинам, отличающийся тем, что ток по анодным шинам соседних рядов анодных штырей от противоположных токоподводящих стояков подводят в противоположном направлении по всей длине токоподвода к аноду, от токоподводящих стояков выходного по ходу тока торца электролизера ток подводят к внутренним рядам анодных штырей с меньшим электрическим сопротивлением токоподвода к аноду.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2