Ошиновка мощных алюминиевых электролизеров при их продольном расположении в корпусе
Владельцы патента RU 2536577:
Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" (RU)
Изобретение относится к ошиновке электролизеров для получения алюминия при их продольном расположении в электролизном корпусе. Ошиновка последовательно соединенных электролизеров содержит два стояка, расположенных у входного торца катодного кожуха электролизера, две катодные сборные шины на каждой продольной стороне электролизера. Ток с части катодных стержней электролизера, расположенных со стороны входного торца катодного кожуха, передается с помощью катодных шин на стояки. Катодные шины, передающие ток с катодных стержней электролизера со стороны выходного торца катодного кожуха, расположены вдоль продольной оси электролизера до середины последующего электролизера, потом вдоль поперечной оси электролизера под днищем электролизера, а затем прокладываются под днищем электролизера вдоль продольной оси электролизера и соединяются со стояками, расположенными во входном торце катодного кожуха последующего электролизера. Обеспечивается оптимальная компенсация магнитного поля и благодаря этому достигается высокая МГД-устойчивость электролизера и повышение эффективности электролизеров при работе на малых межполюсных расстояниях. 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 шин, одним из основных требований к которой является обеспечение в расплаве оптимального магнитного поля, оказывающего минимальное отрицательное влияние на технологический процесс. Конструкция ошиновки должна обеспечивать работу на малых межполюсных расстояниях. Магнитогидродинамическая (МГД) устойчивость электролизера при малых межполюсных расстояниях и малых перекосах зеркала металла обеспечивается повышенными требованиями к конфигурации магнитного поля в ванне электролизера. Для работы электролизера в приемлемых технологических условиях требуется максимально снизить величину вертикального магнитного поля.
Известна ошиновка алюминиевых электролизеров с двусторонним подводом тока к анодным шинам через стояки, расположенные у входного и выходного торцов катодного кожуха, катодные стержни которой разделены на группы, соединенные с самостоятельными пакетами катодных шин, в которой ток к входным и выходным стоякам подводят несимметрично в отношении, близком 2:1 (Авторское свидетельство СССР №168457, С25С 3/16, 1963) [2].
Недостатком известной конструкции ошиновки является высокое значение вертикальной компоненты индукции магнитного поля в ванне электролизера. С увеличением тока электролизера увеличивается магнитное поле и электромагнитные силы в расплавленном алюминии. Некомпенсированные электромагнитные силы приводят к большим циркуляциям расплава и большим перекосам его уровня, снижению запаса МГД-устойчивости электролизера.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому техническому решению является 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) [3].
Недостатком известного технического решения является то, что стояки на серединах боковых сторон электролизеров затрудняют их технологическое обслуживание.
Задачей изобретения является разработка конструкции ошиновки для алюминиевых электролизеров, обеспечивающей работу на пониженных межполюсных расстояниях и высокие экономические показатели электролизеров без затруднений на технологическое обслуживание электролизеров.
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.
Поставленная задача решается тем, что в ошиновке 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 стержней, ближайших к входному торцу катодного кожуха, напрямую соединены со стояками, расположенными у входного торца, а остальные группы катодных стержней соединены с теми же стояками более сложным образом. В изобретении, согласно предлагаемому решению, пакеты катодных шин, передающие ток с катодных стержней электролизера со стороны выходного торца катодного кожуха, прокладываются сначала до середины следующего электролизера, потом под днищем электролизера, перпендикулярно продольной оси, а затем - вдоль продольной оси электролизера.
Это позволяет ограничиться двумя стояками на входном торце электролизера - конструкция ошиновки с односторонним токоподводом.
Изобретение дополняет частный отличительный признак, направленный также на решение поставленной задачи, по которому ошиновка имеет механизм компенсации наводки поля от соседнего ряда электролизеров, заключающийся в том, что ток с 20-30% катодных стержней с каждой стороны входного торца питает шину компенсации, расположенную вдоль стороны, ближней к соседнему ряду, и подключенную к анодному стояку последующего электролизера.
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 представлена схема ошиновки в соответствии с отличительным признаком по п.2.
На фиг.3 - вертикальная компонента индукции магнитного поля (в гауссах) для электролизера на силу тока 150 кА в слое расплавленного алюминия, по прототипу.
На фиг.4 - вертикальная компонента индукции магнитного поля (в гауссах) для электролизера с заявляемой ошиновкой.
Предлагаемая конструкция ошиновки электролизера (фиг.1) включает два стояка 1 и 2, расположенных симметрично во входном торце катодного кожуха последующего электролизера со стороны лицевой (стояк 1) и глухой (стояк 2) сторон электролизера. Часть катодных стержней электролизера, расположенных со стороны выходного торца, соединена с помощью катодных шин 3 и 4 со стояками 1 и 2, которые, в свою очередь, подключены к анодным шинам 7 и 8. Катодные шины 5 и 6, передающие ток с катодных стержней электролизера со стороны входного торца катодного кожуха, расположены вдоль поперечной и продольной полуосей электролизера и доходят до середины последующего электролизера, пропускаются под днищем электролизера и под днищем электролизера возвращаются на стояки 1и 2 и далее передается на анодные шины 7 и 8.
В предлагаемой конструкции ошиновки токи с катодных стержней вблизи входного торца электролизера с помощью катодных шин 3 и 4 передаются на стояки 1 и 2, расположенные на входном торце последующего электролизера соответственно и далее на анодные шины 7 и 8, расположенные над электролизером. Ток с катодных стержней близи выходного торца электролизера передается с помощью катодных шин 5 и 6. Катодные шины 5 и 6 расположены вдоль лицевой и глухой сторон электролизеров и прокладываются до середины последующего электролизера. Затем катодные шины 5 и 6 опускаются под днище электролизера и располагаются вдоль поперечной, а затем продольной осей электролизера. Ток по катодным шинам 5 и 6 под днищем последующего электролизера передается на стояки 1 и 2, которые, в свою очередь, осуществляют передачу тока на анодные шины 7 и 8.
Кроме этого существует дополнительный механизм улучшения МГД-устойчивости электролизера (фиг 2), принцип работы которого заключается в компенсации наводки поля от соседнего ряда электролизеров, заключающийся в том, что ток с 20-30% катодных стержней с каждой стороны входного торца питает шину компенсации 9, расположенную вдоль стороны, ближней к соседнему ряду, и подключенную к анодному стояку 1 последующего электролизера.
Повышение запаса МГД-устойчивости электролизера связано с минимизацией вертикального магнитного поля в ванне электролизера. Эффект предлагаемого технического решения иллюстрируется фигурами 2 и 3. Вертикальное магнитное поле в слое расплавленного металла четырехстоячной конструкции ошиновки по прототипу показано на фиг.2. Для предлагаемой ошиновки вертикальное магнитное поле представлено на фиг.3. В большей части рабочей зоны электролизера при использовании предлагаемой ошиновки магнитное поле меньше: среднее по амплитуде вертикальное магнитное поле равно 10 гауссам, в то время как для прототипа - 16 гауссов. Как показывают детальные численные расчеты по исследованию МГД-устойчивости по полным математическим моделям, электролизер с заявляемой ошиновкой имеет более высокую МГД-стабильность, чем аналог и прототип. При улучшении характеристик по устойчивости предлагаемая ошиновка обладает большими возможностями по технологическому обслуживанию: в конструкции нет стояков на серединах продольных сторон электролизера.
Отмеченные особенности предлагаемой ошиновки позволят улучшить технико-экономические показатели работы алюминиевых электролизеров за счет увеличения выхода по току и возможности работы электролизеров при меньшем межполюсном расстоянии при лучших возможностях по технологическому обслуживанию электролизеров.
1. Ошиновка мощных алюминиевых электролизеров при их продольном расположении в корпусе, содержащая анодные шины, стояки и катодные стержни, разделенные на группы, каждая из которых соединена с самостоятельным пакетом катодных шин, причем пакеты катодных шин групп стержней, ближайших к входному торцу катодного кожуха, соединены со стояками, расположенными у входного торца последующего электролизера, а пакеты катодных шин групп стержней, ближайших к выходному торцу катодного кожуха, расположены вдоль продольной стороны до середины последующего электролизера, отличающаяся тем, что пакеты катодных шин, передающие ток с катодных стержней электролизера со стороны выходного торца катодного кожуха, до середины последующего электролизера расположены вдоль продольной оси электролизера, далее вдоль поперечной оси электролизера под днищем электролизера, а затем проложены под днищем электролизера вдоль продольной оси электролизера и соединены со стояками, расположенными во входном торце катодного кожуха последующего электролизера в пространстве между выходным торцом катодного кожуха предыдущего и входным торцом катодного кожуха последующего электролизера.
2. Ошиновка по п.1, отличающаяся тем, что она имеет механизм компенсации наводки поля от соседнего ряда электролизеров, посредством которого ток с 20-30% катодных стержней с каждой стороны входного торца питает шину компенсации поля от соседнего ряда, которая расположена вдоль стороны, ближней к соседнему ряду и подключена к анодному стояку последующего электролизера.
