Ошиновка алюминиевых электролизеров при продольном расположении
Владельцы патента RU 2328556:
Общество с ограниченной ответственностью "Русская инжиниринговая компания" (RU)
Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому получению алюминия в электролизерах, размещенных в корпусе продольно в два ряда и соединенных друг с другом в последовательную электрическую цепь. Ошиновка последовательно соединенных электролизеров содержит два стояка, расположенных на середине продольных сторон электролизера, два других стояка, расположенных у входного торца катодного кожуха электролизера. Ток с части катодных стержней электролизера, расположенных со стороны входного торца катодного кожуха, передается с помощью катодных шин на стояки, расположенные на продольных сторонах последующего электролизера. Катодные шины, передающие ток с катодных стержней электролизера со стороны выходного торца катодного кожуха, расположены вдоль поперечной и продольной осей электролизера под днищем электролизера, поднимаются на выходном торце катодного кожуха электролизера примерно до уровня металла и соединяются со стояками, расположенными во входном торце катодного кожуха последующего электролизера. Компенсация влияния соседнего ряда электролизеров обеспечивается передачей части тока с катодных стержней вблизи середины электролизера на противоположную сторону электролизера шиной, которая проходит под днищем катодного кожуха, поднимается примерно до середины уровня металла и возвращается под днищем катодного кожуха на серединный стояк последующего электролизера. Такое размещение катодных шин обеспечивает оптимальную компенсацию магнитного поля и высокую МГД-устойчивость электролизера, повышение производительности электролизеров большой единичной мощности при высокой степени компенсации электромагнитных сил в ванне электролизера за счет использования системы электропитания шин для перераспределения магнитного поля с учетом влияния соседнего ряда электролизеров. 3 ил.
Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому получению алюминия в электролизерах, соединенных друг с другом в последовательную электрическую цепь.
Соединение электролизеров осуществляется системой токопроводящих шин, одним из основных требований к которой является обеспечение в расплаве оптимального магнитного поля, которое оказывает существенное влияние на технологический процесс.
Известна ошиновка мощных алюминиевых электролизеров при их продольном расположении в корпусе, содержащая анодные шины, стояки, расположенные у входного и выходного торцов катодного кожуха, и катодные стержни, разделенные на группы, каждая из которых соединена с самостоятельным пакетом катодных шин; при этом пакеты катодных шин групп стержней, ближайших к входному торцу катодного кожуха, соединены со стояками, расположенными у входного торца, а остальные группы катодных стержней - со стояками, расположенными вдоль бортов катодного кожуха последующего электролизера (патент СССР № 738518, С25С 3/16, 1978).
Этим техническим решением не обеспечивается создание оптимальной конфигурации магнитного поля при двухрядном продольном расположении электролизеров в корпусе вследствие наличия не скомпенсированной вертикальной составляющей магнитного поля от соседнего ряда электролизеров. Не скомпенсированные электромагнитные силы приводят к большим циркуляциям расплава и большим перекосам уровня металла, к существенному снижению запаса магнитогидродинамической (МГД-устойчивости) электролизера и не позволяют получать высокие технико-экономические показатели при увеличении единичной мощности электролизера.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому техническому решению является устройство для электропитания последовательно соединенных алюминиевых электролизеров при их продольном расположении в корпусе, содержащее анодные шины, катодные стержни и стояки, которые расположены у входного торца и на середине продольных бортов катодного кожуха, а компенсация поля соседнего ряда электролизеров производится дополнительными шинами, которые расположены на уровне пакетов катодных шин с внутренней и внешней сторон обоих рядов электролизеров. Катодные стержни разделены на группы, каждая из которых соединена с самостоятельным пакетом катодных шин (патент РФ № 2170290, С25С 3/16, 2000).
Недостатком известного технического решения является то, что оно не может быть использовано на электролизерах с продольным расположением в корпусе большой единичной мощности (250 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. Использование дополнительных шин для компенсации магнитного поля соседнего ряда электролизеров усложняет схему электропитания серии.
Задачей изобретения является разработка конструкции ошиновки для мощных электролизеров, обеспечивающей повышение производительности электролизеров большой единичной мощности.
Техническим результатом изобретения является достижение высокой степени компенсации электромагнитных сил в расплаве за счет оптимизации конфигурации магнитного поля в ванне электролизера и снижения величины вертикального магнитного поля с учетом магнитного поля соседнего ряда электролизеров.
Поставленная задача решается тем, что в ошиновке мощных алюминиевых электролизеров при их продольном расположении в корпусе, содержащей анодные шины, стояки и катодные стержни, разделенные на группы, каждая из которых соединена с самостоятельным пакетом катодных шин, при этом пакеты катодных шин групп катодных стержней, ближайших к выходному торцу катодного кожуха, соединены со стояками, расположенными у входного торца, а остальные группы катодных стержней - со стояками, расположенными вдоль бортов катодного кожуха последующего электролизера, согласно предлагаемому решению пакеты катодных шин, передающие ток с катодных стержней электролизера со стороны выходного торца катодного кожуха, расположены под днищем электролизера, перпендикулярно продольной оси, а затем - вдоль продольной оси электролизера. В пространстве между выходным торцом катодного кожуха предыдущего и входным торцом катодного кожуха последующего электролизера пакеты катодных шин, передающие ток с катодных стержней электролизера со стороны выходного торца катодного кожуха, соединены со стояками, расположенными во входном торце катодного кожуха последующего электролизера, на уровне металла в электролизере. Компенсация влияния соседнего ряда электролизеров обеспечивается специальной петлей, которая передает часть тока с катодных стержней вблизи середины противоположной стороны от соседнего ряда электролизеров на противоположную сторону электролизера шиной, которая устанавливается под днищем катодного кожуха, а затем - вдоль продольной стороны, ближней к соседнему ряду, примерно на уровне расплавленного металла и возвращается под днищем катодного кожуха к стояку последующего электролизера, расположенного на середине продольной стороны электролизера, дальней от соседнего ряда электролизеров.
Сопоставительный анализ признаков заявляемого решения и признаков аналога и прототипа свидетельствует о соответствии решения критерию «новизна».
Сущность изобретения поясняется графическим материалом.
На фиг.1 изображена заявляемая схема ошиновки, на фиг.2 показана вертикальная компонента индукции магнитного поля (в гауссах) для электролизера на силу тока 300 кА, по прототипу, на фиг.3 показана вертикальная компонента индукции магнитного поля (в гауссах) для электролизера с заявляемой ошиновкой.
Предлагаемая конструкция ошиновки электролизера включает два стояка 1 и 2, расположенных на продольных сторонах последующего электролизера симметрично относительно его середины, и два стояка 3 и 4, расположенных симметрично во входном торце катодного кожуха последующего электролизера. Часть катодных стержней электролизера, расположенных со стороны входного торца, соединена с помощью катодных шин 5 и 6 со стояками 1 и 2. Катодные шины 7 и 8, передающие ток с катодных стержней электролизера со стороны выходного торца катодного кожуха, расположены вдоль поперечной и продольной полуосей электролизера, под днищем катодного кожуха. Катодные шины 7 и 8 на выходном торце предыдущего электролизера подняты до уровня металла в электролизере и соединены со стояками 3 и 4. Часть тока передается на стояк 2 по компенсационной шине 9, которая проходит близи середины электролизера под днищем, поднимается до уровня металла и возвращается под днищем катодного кожуха последующего электролизера. Ток в компенсационных шинах 9 и 10 под днищем катодного кожуха последующего электролизера направлен в разные стороны. В силу этого по эффекту компенсации используемое устройство близко к использованию компенсационной шины вдоль продольной стороны электролизера.
При использовании заявляемой ошиновки на каждый торцевой анодный стояк приходит ток величиной в 15-30% от общего тока в электролизере.
Повышение запаса МГД-устойчивости электролизера связано с минимизацией вертикального магнитного поля в ванне электролизера. Эффект предлагаемого технического решения иллюстрируется фиг.3. Как видно на фиг.3, осуществление подвода тока по указанной схеме ошиновки приводит к значительному уменьшению величины вертикального магнитного поля в проекции анодного массива. Особенно (фиг.2) заметно улучшение магнитного поля вблизи торцов электролизера. Как показывают детальные численные расчеты по исследованию МГД-устойчивости по полным математическим моделям, электролизер с новой ошиновкой имеет значительно более высокую МГД-устойчивость, чем аналоги и прототип.
Ошиновка мощных алюминиевых электролизеров при их продольном расположении в корпусе и последовательном соединении, содержащая анодные шины, стояки и катодные стержни, пакеты катодных шин, при этом стояки расположены у входного торца и на середине продольных бортов катодного кожуха, катодные стержни разделены на группы, каждая из которых соединена с самостоятельным пакетом катодных шин, отличающаяся тем, что пакеты катодных шин групп катодных стержней, ближайших к выходному торцу катодного кожуха, соединены со стояками, расположенными у входного торца катодного кожуха последующего в серии электролизера, а остальные группы катодных стержней - со стояками, расположенными на середине продольных бортов катодного кожуха последующего в серии электролизера, пакеты катодных шин, передающие ток с катодных стержней со стороны выходного торца катодного кожуха электролизера, расположены под днищем электролизера, вначале перпендикулярно продольной оси, а затем параллельно его продольной оси, в пространстве между выходным торцом катодного кожуха предыдущего и входным торцом катодного кожуха последующего электролизера соединены со стояками на уровне металла в электролизере; для компенсации влияния магнитного поля соседнего ряда электролизеров пакеты катодных шин групп катодных стержней, расположенные под днищем катодного кожуха вблизи его середины, установлены с подъемом до середины уровня металла на продольном борту катодного кожуха электролизера, проходят вдоль продольной стороны и соединены под днищем катодного кожуха предыдущего электролизера со стояками, расположенными на середине продольных бортов катодного кожуха последующего электролизера.
