Ошиновка мощных алюминиевых электролизеров

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к ошиновке мощных алюминиевых электролизеров при их поперечном расположении в корпусе. В ошиновке мощных алюминиевых электролизеров при их поперечном расположении в корпусе, содержащей сборные шины с катодными спусками на входной и выходной сторонах катодного кожуха и анодные стояки, передача тока с входной стороны осуществляется шинами под днищем электролизера на анодные стояки, расположенные на входной стороне следующего электролизера. Вдоль торцов электролизера проложены компенсационные шины, направление тока в которых совпадает с направлением тока в электролизере. Компенсационные шины располагают под углом к оси электролизера либо в вертикальной и/либо в горизонтальной плоскости, при расположении в вертикальной плоскости компенсационные шины поднимаются от входной продольной стороны к выходной, при расположении в горизонтальной плоскости компенсационные шины располагают ближе к торцу на выходной стороне электролизера, чем на входной. Обеспечивается повышение производительности электролизеров большой мощности при высокой степени компенсации электромагнитных сил в расплаве за счет перераспределения в нем магнитного поля. 2 ил.

 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому получению алюминия в электролизерах, соединенных друг с другом в последовательную электрическую цепь, при поперечном расположении электролизеров в корпусе.

Соединение электролизеров осуществляется системой токопроводящих шин, одним из основных требований к которой является формирование в расплаве магнитного поля, которое обеспечивает минимальное отрицательное влияние на технологический процесс. Повышение запаса МГД-устойчивости алюминиевого электролизера обеспечивается формированием минимального вертикального магнитного поля в ванне электролизера. Для коррекции вертикального магнитного поля используются компенсационные шины с током, которые прокладываются вблизи электролизеров.

Известно устройство (патент США №3616317, МПК С22d 3/12, 1979) по компенсации магнитного поля от соседнего ряда электролизеров, когда используется шина с током, проложенная с одной стороны электролизеров. С этой же целью используются две компенсационные шины с током в разных направлениях, расположенные по обеим сторонам электролизера (патент США №4169034, МПК С 25 С 3/16, 1979).

Недостатком известных технических решений является то, что они не обеспечивают компенсацию вертикального магнитного поля вдоль короткой оси электролизера и поэтому не могут быть использованы на электролизерах с поперечным расположением в корпусе большой единичной мощности (500 кА и выше) из-за недостаточной компенсации магнитного поля.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому техническому решению является ошиновка мощных алюминиевых электролизеров при их поперечном расположении в корпусе, содержащая сборные шины с катодными спусками на входной и выходной продольных сторонах катодного кожуха электролизера, в которой электролизер соединен с анодной ошиновкой последующего электролизера посредством анодных стояков. Передача тока с входной стороны электролизера осуществляется шинами под днищем электролизера на анодные стояки, расположенные на входной стороне последующего электролизера. Вдоль торцов катодного кожуха электролизера параллельно короткой оси расположены компенсационные шины, направление тока в которых совпадает с направлением тока в электролизере (патент Франции №738518, МПК С25С 3/16, 1978).

Недостатком устройства-прототипа является также то, что оно не обеспечивает компенсацию вертикального магнитного поля вдоль короткой оси электролизера и поэтому не может быть использовано на электролизерах с поперечным расположением в корпусе большой единичной мощности (500 кА и выше) из-за недостаточной компенсации магнитного поля. МГД-устойчивость электролизера при таких значительных токах обеспечивается повышенными требованиями к конфигурации магнитного поля в ванне электролизера. Для работы электролизера в приемлемых технологических условиях требуется максимально снизить величину вертикального магнитного поля в электролизере, обеспечив компенсацию не только вдоль длинной оси, но и вдоль короткой оси электролизера близи его торцов.

Задачей изобретения является разработка конструкции ошиновки для мощных электролизеров, обеспечивающей повышение МГД-устойчивости.

Техническим результатом изобретения является достижение высокой степени компенсации электромагнитных сил в расплаве за счет оптимизации конфигурации магнитного поля в электролизере и снижения величины вертикального магнитного поля.

Поставленная задача решается тем, что в ошиновке мощных алюминиевых электролизеров при их поперечном расположении в корпусе, содержащей сборные шины с катодными спусками на входной и выходной сторонах катодного кожуха и анодные стояки, передача тока с входной стороны осуществляется шинами под днищем электролизера на анодные стояки, расположенные на входной стороне следующего электролизера. Вдоль торцов электролизера проложены компенсационные шины, направление тока в которых совпадает с направлением тока в электролизере. В ошиновке, согласно предлагаемому решению, для коррекции вертикального магнитного поля вдоль короткой оси электролизера используются те же компенсационные шины, расположенные в торцах по обеим сторонам электролизера, что и для коррекции магнитного поля вдоль длинной оси электролизера. Для этого компенсационные шины располагают под углом к оси электролизера либо в вертикальной и/либо в горизонтальной плоскостях, при расположении в вертикальной плоскости компенсационные шины поднимаются от входной продольной стороны к выходной, при расположении в горизонтальной плоскости компенсационные шины располагают ближе к торцу на выходной стороне электролизера, чем на входной.

Сопоставительный анализ признаков заявляемого решения и признаков аналога и прототипа свидетельствует о соответствии решения критерию «новизна».

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 изображена заявляемая схема ошиновки при использовании компенсационных шин, располагающихся под углом к оси электролизера в горизонтальной плоскости; на фиг.2 показана структура вертикального магнитного поля в ванне поперечного электролизера без компенсационных шин.

Предлагаемая конструкция ошиновки электролизера включает анодные стояки 1, расположенные вдоль продольной входной стороны последующего электролизера, сборные шины с катодными спусками 2 на входной и 3 на выходной продольных сторонах электролизера. Ток с входной стороны электролизера передается с помощью шин 4, проложенных под днищем электролизера, на анодные стояки, а с выходной стороны - по шинам 5. Анодные стояки подключены к анодным шинам 6. Компенсационные шины 7 приближены к торцу электролизера на выходной стороне и удалены на входной стороне. Расположение компенсационной шины 8 по прототипу.

Большая МГД-устойчивость электролизера связана с минимизацией вертикального магнитного поля в ванне электролизера. Отметим основные недостатки конфигурации магнитного поля при использовании ошиновки без компенсационных шин. Как показывает детальное математическое моделирование, вертикальное магнитное поле имеет две доминанты. Прежде всего мы должны обратить внимание на наиболее ярко выраженную асимметрию по длинной оси электролизера. Вертикальная компонента магнитного поля примерно по линейному закону нарастает с одного торца электролизера к другому торцу. Кроме того, можно отметить аналогичное поведение магнитного поля и по самой поперечной координате. Вблизи торцов вертикальное магнитное поле на выходной стороне электролизера по абсолютной величине превышает поле на входной стороне. Оно отражает «пропеллерный» характер вертикального поля от блюмсов. Необходимо отметить, что этот эффект на фоне изменения магнитного поля вдоль длинной стороны электролизера выражен не очень значительно. Компенсация большого магнитного поля в углах ванны на выходной стороне электролизера может обеспечиваться токами, схема которых приведена на фиг.2. Здесь отмечены два механизма коррекции магнитного поля. Первый из них связан с пропусканием тока вдоль торцевых сторон электролизера для коррекции поля вдоль длинной оси электролизера. Второй механизм связан с токами, которые протекают вдоль выходной стороны электролизера по направлению к центру для компенсации неоднородности вдоль короткой оси электролизера.

С учетом доминанты изменения магнитного поля вдоль длинной оси электролизера остановимся вначале на коррекции вертикального магнитного поля за счет пропускания тока вдоль торцов электролизера. Вдоль торцов электролизера прокладываются шины с током, которые компенсируют вертикальное магнитное поле.

Для более тонкой настройки конфигурации магнитного поля необходимо провести коррекцию относительно небольших градиентов вертикального магнитного поля вдоль короткой оси электролизера. Перспективным техническим решением по коррекции вертикального магнитного поля вдоль короткой стороны электролизера может быть использование тех же компенсационных шин, что и для коррекции магнитного поля вдоль длинной оси электролизера. Для этого используются локально наклонные шины, расположенные вдоль торцов электролизера: компенсационные шины располагаются под углом к оси электролизера либо в вертикальной и/либо в горизонтальной плоскости. При расположении компенсационных шин в вертикальной плоскости для компенсации градиента вертикального магнитного поля вдоль короткой стороны электролизера компенсационная шина поднимается от входной стороны к выходной. В случае расположения шин в горизонтальной плоскости компенсационная шина подходит ближе к торцу на выходной стороне электролизера, чем на входной стороне.

Достижение поставленного технического результата при использовании заявляемой ошиновки иллюстрируется проведенными расчетами электролизера на 500 кА. Для обеспечения максимальной МГД-устойчивости необходимо использовать компенсационные шины с обеих сторон электролизера на расстоянии 12 метров от оси электролизера с током в 100 кА. При использовании локально наклоненных компенсационных шин (максимальное расстояние 12 метров от оси электролизера и минимальное - 11 метров) ток в компенсационных шинах можно уменьшить до 75 кА, при этом МГД-устойчивость электролизера повышается.

Ошиновка мощных алюминиевых электролизеров при их поперечном расположении в корпусе, содержащая сборные шины с катодными спусками, установленными вдоль входной и выходной продольных сторон электролизера, электролизер соединен с анодной ошиновкой последующего электролизера посредством анодных стояков с передачей тока с входной продольной стороны на анодные стояки посредством шин, расположенных под днищем электролизера, а вдоль торцов электролизера проложены компенсационные шины, направление тока в которых совпадает с направлением тока в электролизере, отличающаяся тем, что компенсационные шины расположены под углом к оси электролизера в вертикальной и/или в горизонтальной плоскости, и при расположении в вертикальной плоскости компенсационные шины подняты от входной продольной стороны к выходной, при расположении в горизонтальной плоскости компенсационные шины расположены ближе к торцу на выходной стороне электролизера, чем на входной.