Ошиновка алюминиевых электролизеров продольного расположения
Владельцы патента RU 2339742:
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 у входного стояка электролизера, два других стояка, расположенных у выходного торца электролизера. Ток с группы катодных стержней вблизи выходного торца электролизера передается на ближайшую к соседнему ряду продольную сторону электролизера с противоположной стороны с помощью шины, которая расположена между электролизерами, перпендикулярно продольной оси, а затем - параллельно продольной оси электролизера и в пространстве между выходным торцом катодного кожуха предыдущего и входным торцом катодного кожуха последующего электролизера. Компенсация влияния соседнего ряда обеспечивается протеканием тока вдоль продольной стороны электролизера только на стороне, которая расположена ближе к соседнему ряду электролизеров. Обеспечивается повышение производительности электролизеров большой единичной мощности при высокой степени компенсации электромагнитных сил в ванне электролизера и высокая МГД-устойчивость электролизера. 1 з.п. ф-лы, 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 (анодных и катодных) шин, одним из основных требований к которой является обеспечение в расплаве оптимального магнитного поля, которое оказывает существенное влияние на технологический процесс.
Известна двухсторонняя ошиновка 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 катодными шинами со стояками; при этом, группа катодных стержней, ближайших к входному торцу электролизера, соединены со стояками, расположенными у входного торца последующего электролизера, а остальные группы катодных стержней - со стояками, расположенными у выходного торца последующего электролизера, причем ток к входным и выходным стоякам подводится несимметрично в отношении, близком к 2:1 (авторское свидетельство СССР № 168457, кл. G01с, 1965).
Известным техническим решением не обеспечивается создание оптимальной конфигурации магнитного поля при двухрядном продольном расположении электролизеров в корпусе вследствие наличия некомпенсированной вертикальной составляющей магнитного поля от соседнего ряда электролизеров.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому техническому решению является устройство для электропитания последовательно соединенных алюминиевых электролизеров при их продольном двухрядном расположении в корпусе, содержащее катодные и анодные шины, стояки, расположенные у входного и выходного торцов катодного кожуха, и катодные стержни, разделенные на группы. Группы катодных стержней, ближайшие к входному торцу катодного кожуха, соединены катодными шинами со стояками, расположенными у входного торца катодного кожуха последующего электролизера, а группы катодных стержней, ближайшие к выходному торцу катодного кожуха - со стояками, расположенными у выходного торца катодного кожуха последующего электролизера. Компенсация поля соседнего ряда электролизеров производится за счет передачи большего тока на стояки, расположенные у выходного торца катодного кожуха, со стороны электролизера, ближайшей к соседнему ряду электролизеров, чем с противоположной стороны электролизера (авторское свидетельство СССР № 356312, кл. С22d 3/12, 1972).
Недостатком известного технического решения является то, что оно не может быть использовано на электролизерах с двухрядным расположением в корпусе большой единичной мощности (200 кА и выше) из-за недостаточной компенсации магнитного поля соседнего ряда электролизеров. Магнитогидродинамическая (МГД) устойчивость электролизера при таких значительных токах обеспечивается повышенными требованиями к конфигурации магнитного поля в ванне электролизера.
Задачей заявляемого изобретения является увеличение производительности электролизера за счет увеличения выхода по току при компенсации отрицательного влияния магнитного поля соседнего ряда электролизеров.
Технический результат заключается в повышении МГД-устойчивости электролизера, определяемой минимизацией вертикального магнитного поля в ванне электролизера.
Технический результат достигается тем, что в ошиновке алюминиевых электролизеров при их двухрядном продольном расположении в корпусе, содержащей катодные и анодные шины, стояки, расположенные у входного и выходного торцов катодного кожуха, и катодные стержни, разделенные на группы, из которых группы катодных стержней, ближайшие к входному торцу катодного кожуха, соединены катодными шинами со стояками, расположенными у входного торца катодного кожуха последующего электролизера, а группы катодных стержней, ближайшие к выходному торцу катодного кожуха, - со стояками, расположенными у выходного торца катодного кожуха последующего электролизера, согласно заявляемому изобретению, группы катодных стержней, ближайшие к выходному торцу катодного кожуха, на продольной, противоположной соседнему ряду электролизеров стороне, соединены катодными шинами, расположенными перпендикулярно продольной оси электролизера в пространстве между выходным торцом катодного кожуха предыдущего и входным торцом катодного кожуха последующего электролизера, затем по продольной стороне, ближайшей к соседнему ряду электролизеров, параллельно продольной оси электролизера и вдоль выходного торца катодного кожуха последующего электролизера, перпендикулярно продольной оси электролизера.
Изобретение дополняет частный отличительный признак, направленный также на решение поставленной задачи.
Стояки у выходного торца катодного кожуха последующего электролизера передают 15-35% тока, подаваемого на электролизер.
Заявляемое изобретение отличается от прототипа тем, что ток с группы катодных стержней вблизи выходного торца электролизера передается на ближайшую к соседнему ряду продольную сторону электролизера с противоположной стороны с помощью катодной шины, которая расположена между электролизерами, перпендикулярно продольной оси, а затем параллельно продольной оси электролизера, и в пространстве между выходным торцом катодного кожуха предыдущего и входным торцом катодного кожуха последующего электролизера. Компенсация влияния соседнего ряда обеспечивается протеканием тока вдоль продольной стороны электролизера только на стороне, которая расположена ближе к соседнему ряду электролизеров. Элементы компенсационной петли, расположенные между торцами электролизера, заметного влияния на результирующее магнитное поле в ванне электролизера не оказывают.
Сопоставительный анализ признаков заявляемого решения и признаков аналога и прототипа свидетельствует о соответствии решения критерию «новизна».
Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что делает возможным сделать вывод о соответствии критерию «изобретательский уровень».
Сущность изобретения поясняется графическим материалом. На фиг.1 изображена заявляемая схема ошиновки.
На фиг.2 - вертикальная компонента индукции магнитного поля (в гауссах) для электролизера на силу тока 150 кА в слое расплавленного алюминия, по прототипу.
На фиг.3 - вертикальная компонента индукции магнитного поля (в гауссах) для электролизера с заявляемой ошиновкой.
Ошиновка на фиг.1 включает в себя катодные шины 1 и 2, соединенные с катодными стержнями, расположенными близи входного торца электролизера и со стояками 3 и 4, расположенными у входного торца последующего электролизера соответственно. Стояки 3 и 4 соединены с анодными шинами 5 и 6. Катодная шина 7, соединенная с катодными стержнями, расположенными вблизи выходного торца электролизера на продольной стороне электролизера, ближней к соседнему ряду электролизеров, и со стояком 8, который расположен в выходном торце последующего электролизера. Катодная шина 9, соединенная с катодными стержнями, расположенными вблизи выходного торца электролизера на продольной стороне электролизера, противоположной к соседнему ряду электролизеров, и со стояком 10, который расположен в выходном торце последующего электролизера.
В предлагаемой конструкции ошиновки токи с катодных стержней вблизи входного торца электролизера с помощью катодных шин 1 и 2 передаются на стояки 3 и 4, расположенные на входной стороне последующего электролизера соответственно. Ток со стояков 3 и 4 передается на анодные шины 5 и 6. Меньшая часть тока со стороны электролизера, ближайшей к соседнему ряду электролизеров, передается по катодной шине 7 на стояк 8, который расположен в выходном торце последующего электролизера. Такая же часть тока на противоположной стороне электролизера передается по более длинной катодной шине 9 на стояк 10, расположенный в выходном торце последующего электролизера. Катодная шина 9 располагается вблизи входного торца последующего электролизера, вдоль его продольной стороны и вдоль выходного торца последующего электролизера. Тем самым, электрический ток передается на стояк, расположенный в выходном торце последующего электролизера по петле, протекая вдоль продольной стороны электролизера, ближайшей к соседнему ряду электролизеров. По достигаемому эффекту компенсации предлагаемое устройство близко к использованию компенсационной шины вдоль продольной стороны электролизера, учитывая слабые возмущения на результирующее магнитное поле в ванне электролизера от поперечных участков катодной шины 9.
При использовании заявляемой ошиновки на каждый стояк, расположенный в выходном торце последующего электролизера, приходит ток величиной в 15-35% от общего тока в электролизере для типичных расстояний между рядами электролизеров 10-20 м.
Повышение запаса МГД-устойчивости электролизера связано с минимизацией вертикального магнитного поля в ванне электролизера. Эффект предлагаемого технического решения иллюстрируется фиг.2 и 3. Среднее вертикальное магнитное поле по всей площади ванны электролизера при использовании ошиновки по прототипу (фиг.2) равно 12.7, а для предлагаемой ошиновки (фиг.3) существенно меньше - 1.2 гаусса. Как показывают детальные численные расчеты по исследованию МГД-устойчивости по полным математическим моделям, электролизер с новой ошиновкой имеет значительно более высокую МГД-стабильность, чем аналог и прототип.
Повышение запаса МГД-устойчивости при использовании предлагаемой ошиновки позволит улучшить технико-экономические показатели работы алюминиевых электролизеров за счет увеличения выхода по току и возможности работы электролизеров на большей силе тока.
1. Ошиновка алюминиевых электролизеров при их двухрядном продольном расположении в корпусе, содержащая катодные и анодные шины, стояки, расположенные у входного и выходного торцов катодного кожуха, и катодные стержни, разделенные на группы, при этом группы катодных стержней, ближайшие к входному торцу катодного кожуха, соединены катодными шинами со стояками, расположенными у входного торца катодного кожуха последующего электролизера, а группы катодных стержней, ближайшие к выходному торцу катодного кожуха - со стояками, расположенными у выходного торца катодного кожуха последующего электролизера, отличающаяся тем, что группы катодных стержней, ближайшие к выходному торцу катодного кожуха, на продольной противоположной соседнему ряду электролизеров стороне соединены катодными шинами, расположенными перпендикулярно продольной оси электролизера в пространстве между выходным торцом катодного кожуха предыдущего и входным торцом катодного кожуха последующего электролизера, затем по продольной стороне, ближайшей к соседнему ряду электролизеров, параллельно продольной оси электролизера и вдоль выходного торца катодного кожуха последующего электролизера, перпендикулярно продольной оси электролизера.
2. Ошиновка по п.1, отличающаяся тем, что стояки у выходного торца катодного кожуха последующего электролизера передают 15-35% тока подаваемого на электролизер.
