Ошиновка для алюминиевых электролизеров большой мощности

Изобретение относится к ошиновке алюминиевого электролизера большой мощности при поперечном расположении электролизеров в корпусе электролиза. Ошиновка содержит сборные и обводные катодные шины и спуски, установленные вдоль входной и выходной сторон катодного кожуха предыдущего электролизера, в которой анодная ошиновка последующего электролизера соединена с катодными шинами предыдущего электролизера посредством стояков, при этом каждый из пакетов катодных шин, огибающих торцы электролизера, передает 35-50% тока входной стороны. Ошиновка содержит ферромагнитный экран, выполненный в виде утолщенной продольной стенки катодного кожуха, размещенной между анодными стояками входной стороны электролизера и расплавом в электролизере, при этом ферромагнитный экран выполнен по высоте и длине больше проекции расплава на экран. Обеспечивается снижение негативного воздействия магнитного поля на расплав в электролизере. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Область техники

Изобретение относится к производству алюминия методом электролиза расплавленных криолитовых солей в электролизерах при поперечном расположении их в корпусе электролиза, а именно к ошиновке для алюминиевых электролизеров большой мощности.

Уровень техники

Известна ошиновка алюминиевого электролизера при поперечном расположении его в корпусе электролиза, содержащая катодные пакеты шин входной и выходной сторон катодного кожуха, обводные шины, стояки и анодную распределительную шину, которая через стояки, расположенные у ее концов, и обводные шины связана с катодными пакетами шин входной стороны катодного кожуха, и через стояки, установленные у входной стороны катодного кожуха, одновременно связана с катодными пакетами шин выходной стороны, а через обводные шины - с катодными пакетами шин входной стороны катодного кожуха предыдущего в серии электролизера, причем через стояки, расположенные у концов анодной распределительной шины, проходит 1/4-1/8, а через остальные стояки - по 1/4-3/8 тока серии (SU 865135, МПК С25С 3/16, опубл. 15.09.1981).

Недостатком указанной ошиновки является наличие двух анодных стояков в торцах катодного кожуха. Из практики эксплуатации электролизеров большой мощности (на 300-500 кА) известно, что обеспечение их магнитогидродинамической (МГД) стабильности достигается при условии, если вертикальное магнитное поле (Bz) в расплаве не превышает 15-20 гаусс, а поперечное магнитное поле (Вх) не более 20-25 гаусс. При расположении анодных стояков в торцах электролизера они, и питаемые ими участки сборных анодных шин, создают в расплаве магнитное поле, направленное поперек ванны, т.е. поперечное магнитное поле (Вх). При этом данное поле складывается с магнитным полем от объемных токов анодного массива и расплава. Поэтому в торцевых зонах ванны в металле поперечное магнитное поле (Вх) всегда будет превышать допустимую величину 25 гаусс, тем самым не будут создаваться необходимые условия для оптимального запаса МГД стабильности электролизеров большой мощности.

Известна ошиновка алюминиевого электролизера при поперечном расположении в корпусе, содержащая сборные шины с катодными спусками, установленными вдоль входной и выходной продольных сторон электролизера, анодные стояки, установленные на входной стороне, через которые протекают одинаковые токи, анодная ошиновка, соединена с предыдущим электролизером посредством стояков, при этом крайние стояки соединены с крайними сборными катодными шинами входной стороны электролизера пакетами шин, расположенными вдоль торцевых сторон, и со сборными катодными шинами выходной стороны электролизера, а средние стояки соединены со средними сборными шинами входной стороны пакетами шин, размещенными симметрично под катодными блоками, наиболее близко расположенными к торцам электролизера, и со сборными катодными шинами выходной стороны электролизера, шина, проходящая под днищем и расположенная ближе к соседнему ряду электролизеров переносит 15% тока входной стороны, тогда как другая переносит 10% тока входной стороны, под днищем электролизера установлена промежуточная шина, которая проходит на середине расстояния между осью серии и торцом электролизера, со стороны, противоположной соседнему ряду электролизеров, по шине проходит 5% тока входной стороны (FR 2552782, МПК С25С 3/08, опубл. 05.04.1985).

Недостатком известной ошиновки является то, что благодаря ее конструкции можно добиться хорошего практического результата только в совокупности с устройством ферримагнитных масс катода и анода эксклюзивного характера и не предполагается возможным подборка оптимального магнитного поля при применении ферримагнитных катодных кожухов и анодных устройств другой конструкции, которые обладают различными ферримагнитными свойствами (шпангоутные, контрфорсные). В производстве алюминия при сочетании, например, отечественных или китайских катодных кожухов контрфорсной или шпангоутной конструкции, стенки которых обладают большими, чем у Pechiney экранирующими свойствами, с рассматриваемой выше ошиновкой, в расплаве не удается достигнуть оптимальных значений магнитного поля. Вертикальное магнитное поле превышает допустимую величину 10-15 гаусс и достигает 40 гаусс. Кроме того, вертикальное (Bz) поле в металле теряет «пропеллерный» характер, т.е. перемену знака направления в каждой четверти ванны. Эти факторы снижают МГД устойчивость электролизера и не дают возможность достигнуть показателей выхода по току 95-97% и удельного расхода эл. энергии ~12500 кВт/т.

Наиболее близкой по достигаемому эффекту к предлагаемому решению является ошиновка алюминиевого электролизера при поперечном расположении в корпусе, содержащая сборные шины с катодными спусками, установленными вдоль входной и выходной продольных сторон электролизера, в которой анодная ошиновка соединена с предыдущим электролизером посредством анодных стояков, расположенных на его входной стороне, при этом каждый из пакетов шин, огибающих торцы электролизера, передает часть (33-50%) тока входной стороны (RU 2132888, МПК С25С 3/16, 10.07.1999). Эта ошиновка выбрана за прототип.

Для всех перечисленных выше ошиновок, а также для прототипа, характерны следующие недостатки, обусловленные тем, что магнитное поле от стояков, расположенных на входной стороне ванны, распространяется в металле по параболической зависимости, из-за этого в непосредственной близости от них возникает существенный градиент магнитного поля в расплаве, вызывающий повышенную активность металла.

Кроме того, в связи с тем что в анодных стояках и металле ток направлен в разные стороны, то силы Лоренца отталкивают, сдвигают металл в ванне с входной стороны на выходную сторону. Из-за разности уровней металла температура металла на входной стороне всегда выше, чем на выходной стороне.

Вследствие указанных причин, как показала практика, износ подины на входной стороне электролизера происходит интенсивнее, чем на выходной стороне электролизера за счет истирания ее абразивным глиноземом в результате повышенной активности металла и увеличенной температуры, что содействует снижению срока службы электролизера. Так же, по этим причинам, снижается запас МГД устойчивости электролизера по напряжению, что ухудшает ТЭП (технико-экономические показатели) работы электролизера (снижение выхода по току, рост удельного расхода электроэнергии, снижение срока службы электролизера, рост эксплуатационных затрат).

Раскрытие изобретения

Задача изобретения - устранение перечисленных известных недостатков и оптимизация ТЭП работы электролизеров на силу тока 400 кА и выше.

Техническим результатом настоящего изобретения является снижение негативного воздействия магнитного поля на расплав в алюминиевом электролизере большой мощности.

Технический результат достигается за счет того, что предложена ошиновка алюминиевого электролизера большой мощности при поперечном расположении электролизеров в корпусе электролиза, содержащая сборные шины с катодными спусками, расположенные вдоль продольной входной стороны электролизера, сборные шины выходной стороны электролизера, пакеты шин, расположенные под днищем электролизера, пакеты шин, огибающие торцы электролизера, установленные вдоль входной и выходной сторон катодного кожуха предыдущего электролизера, анодные стояки, расположенные вдоль продольной входной стороны электролизера, соединяющие анодную ошиновку последующего электролизера с катодными шинами предыдущего электролизера, при этом каждый из пакетов катодных шин, огибающих торцы электролизера, выполнен с возможностью передачи части тока входной стороны, предпочтительно 35-50%, а продольные стенки кожухов электролизеров выполнены ферромагнитными, при этом согласно предложенному изобретению продольная стенка катодного кожуха на входной стороне электролизера выполнена с толщиной, превышающей толщину стенки катодного кожуха на выходной стороне электролизера и толщину торцевых стенок кожуха, с образованием ферромагнитного экрана, размещенного между анодными стояками входной стороны электролизера и расплавом в электролизере, при этом высота и длина ферромагнитного экрана превышает проекцию расплава на упомянутый ферромагнитный экран.

Толщина продольной стенки катодного кожуха на входной стороне электролизера больше толщины продольной стенки на выходной стороне электролизера и торцевых стенок кожуха в 1,1-4,0, предпочтительно в 2 раза.

Ферромагнитный экран может быть выполнен однослойным или многослойным.

Описание чертежей

На фиг. 1 представлен пример схемы ошиновки электролизера по предложенному изобретению.

Ошиновка включает в себя анодные стояки 1, расположенные вдоль продольной входной стороны электролизера, сборные шины входной стороны 2 и 3 с катодными спусками, сборную шину 4 выходной стороны и пакеты шин 5, огибающие торцы электролизера. Анодные стояки 1 соединены с катодными шинами 6 входной и этой же шиной между собой. Средние анодные стояки 1 подключены к сборной катодной шине 4 выходной стороны пакетами шин 8 и 9 и к шине 7 с входной стороны. Анодные стояки 1 подключены к анодным шинам 10 последующего электролизера. Катодная ошиновка размещена вблизи ферримагнитных стенок катодного кожуха 11, 12 и расплава 13. На входной стороне электролизера толщина продольной стенки катодного кожуха 12 больше по сравнению с продольной стенкой на выходной стороне электролизера и торцевыми стенками кожуха 11 таким образом, что утолщенная продольная стенка кожуха представляет собой ферромагнитный экран, размещенный между анодными стояками 1 входной стороны электролизера и расплавом 13.

Осуществление изобретения

Предложенная ошиновка с ферромагнитным экраном работает следующим образом. Посредством катодных спусков ток передается в сборные пакеты катодных шин 2, 3, 4 и по сборным пакетам шин 2, 3, 5, 6, 7, 8 и 9 поступает в анодные стояки 1 следующего в серии поперечно расположенного электролизера.

Как видно на фиг. 1, вертикальные и горизонтальные участки анодных стояков 1, в соответствии с правилом "буравчика", формируют в расплаве 13 электролизера вертикальное (Bz) магнитное поле в левой половине электролизера по ходу тока в серии положительное (направленное вверх), а в правой половине ванны - отрицательное (направленное вниз). Сборные катодные пакеты шин 2 и 3, пакеты шин 5, огибающие торцы и катодные пакеты шин 6 и 7, на противоположной стороне ванны, наоборот, создают в расплаве 13 вертикальное, противоположное по направлению магнитное поле указанному выше, тем самым обеспечивая его компенсацию. От эффективности воздействия на расплав 13 магнитного поля пакетов шин 2, 3, 5, 6 и 7 зависит величина и характер вертикальной составляющей магнитного поля в ванне, которая определяется расстоянием от перечисленных шин до расплава 13 и экранирующими свойствами продольных стенок кожуха 11 с утолщенной стенкой - ферромагнитным экраном 12.

Наиболее близко расположенные к металлу анодные стояки на входной стороне электролизера вызывают существенный градиент магнитного поля в расплаве, из-за чего возникает повышенная его активность, чем на противоположной стороне электролизера.

Кроме того, в связи с тем что в анодных стояках и расплаве ток направлен в разные стороны, то силы Лоренца сдвигают расплав, особенно металл, в ванне с входной стороны на выходную сторону. Из-за разности уровней температура расплава на входной стороне всегда выше, чем на выходной стороне.

Вследствие указанных причин, как показала практика, износ подины на входной стороне электролизера происходит интенсивнее, чем на выходной стороне ванны за счет истирания ее абразивным глиноземом в результате повышенной активности расплава и увеличенной температуры, что содействует снижению срока службы электролизера. Так же, по этим причинам, снижается запас МГД устойчивости электролизера по напряжению, что ухудшает ТЭП его работы.

Ферромагнитный экран 12, размещенный между анодными стояками и расплавом рядового электролизера, который представляет собой утолщенную продольную стенку катодного кожуха на входной стороне ванны, снижает абсолютное значение и градиент магнитного поля в расплаве 13, особенно на входной стороне вблизи ферромагнитного экрана 12. В результате защитных магнитному полю свойств экрана снижается, в среднем по абсолютной величине, магнитное поле в расплаве на входной стороне электролизера: - по продольной компоненте (By) - на 1,2-4,0 гаусса*; - по вертикальной компоненте поля - на 2,0-4,8* гаусса. Максимальная скорость циркуляции металла, в среднем, снижается на ~ 0,5-1,5* см/сек.

В результате указанных выше факторов на 0,5В уменьшается критическое напряжение электролизера, что является залогом повышения его ТЭП. В том числе - срока службы электролизера.

* - разброс указанных выше данных зависит от многих факторов, влияющих на магнитные свойства экрана, таких как: толщина и конструкция ферромагнетитного экрана, например однослойный или многослойный ферромагнитный экран, содержание примесей, науглероживание от футеровки в процессе эксплуатации, температуры (которая различается по площади экрана), погрешность расчета самой программы.

1. Ошиновка алюминиевого электролизера большой мощности при поперечном расположении электролизеров в корпусе электролиза, содержащая сборные шины с катодными спусками, расположенные вдоль продольной входной стороны электролизера, сборные шины выходной стороны электролизера, пакеты шин, расположенные под днищем электролизера, пакеты шин, огибающие торцы электролизера, установленные вдоль входной и выходной сторон катодного кожуха предыдущего электролизера, анодные стояки, расположенные вдоль продольной входной стороны электролизера, соединяющие анодную ошиновку последующего электролизера с катодными шинами предыдущего электролизера, при этом каждый из пакетов катодных шин, огибающих торцы электролизера, выполнен с возможностью передачи части тока входной стороны, предпочтительно 35-50%, а продольные стенки кожухов электролизеров выполнены ферромагнитными, отличающаяся тем, что продольная стенка катодного кожуха на входной стороне электролизера выполнена с толщиной, превышающей толщину стенки катодного кожуха на выходной стороне электролизера и толщину торцевых стенок кожуха, с образованием ферромагнитного экрана, размещенного между анодными стояками входной стороны электролизера и расплавом в электролизере, при этом высота и длина ферромагнитного экрана превышают проекцию расплава на упомянутый ферромагнитный экран.

2. Ошиновка по п. 1, отличающаяся тем, что толщина продольной стенки катодного кожуха на входной стороне электролизера больше толщины продольной стенки на выходной стороне электролизера и торцевых стенок кожуха в 1,1-4,0 раза, предпочтительно в 2 раза.

3. Ошиновка по п. 1, отличающаяся тем, что ферромагнитный экран выполнен однослойным.

4. Ошиновка по п. 1, отличающаяся тем, что ферромагнитный экран выполнен многослойным.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к анодной ошиновке алюминиевых электролизеров с обожженными анодами при поперечном или продольном их расположении в корпусе. Ошиновка содержит шинопровод, состоящий из шин, образующих с помощью алюминиевых перемычек замкнутый контур и соединенных между собой поперечными стальными распорками, аноды, закрепленные с заданным шагом на шинах шинопровода с помощью зажимов.

Изобретение относится к электролизеру для электролитического производства алюминия. Электролизер содержит кожух с ванной электролита, имеющий нижнюю и боковую стенки, катод, установленный на нижней стенке, и средства для проведения электрического тока электролиза от одного электролизера к другому, соединенные с катодом и проходящие через боковую стенку кожуха на высоте зоны, расположенной между верхней поверхностью катода и верхним краем боковой стенки кожуха.

Изобретение относится к токоподводу электролизера для производства алюминия и способу его изготовления. Токоподвод содержит алюминиевую штангу и стальную траверсу, соединенные биметаллическим переходником, изготовленным сваркой взрывом, при этом в биметаллическом переходнике, имеющем плоскую границу раздела сталь - алюминий, выполнено конусно-цилиндрическое отверстие в центральной области, в котором размещена стальная заклепка для усиления соединения металлов.

Изобретение относится к устройству для извлечения закорачивающего клина, вставленного между двумя проводниками для отключения электролизера в ряду электролизеров для получения алюминия.

Изобретение относится к органу перемещения соединителя анодного стержня с анодной рамой электролизера для производства алюминия электролизом расплава, имеющего два боковых пальца для взаимодействия с опорными крюками, жестко соединенными с упомянутой анодной рамой, и расположенными с обеих сторон анодного стержня для прижима анодного стержня к анодной раме.

Изобретение относится к токоподводу обожженного анода алюминиевого электролизера. Токоподвод содержит токоподводящую штангу, траверсу, удерживающую токоподводящие ниппели, обеспечивающую распределение электрического тока между ними, при этом токоподводящие ниппели выполнены в виде горизонтальных металлических пластин, размещенных в пазах в верхней части угольного блока, причем длина ниппеля составляет 0,6÷0,8 ширины угольного блока, ширина ниппеля составляет 0,1÷0,15 длины угольного блока, а общая высота ниппеля составляет 0,25÷0,3 высоты угольного блока, а высота участка ниппеля, не погруженного в угольный блок, составляет 0,5÷0,7 высоты ниппеля.

Изобретение относится к устройству и способу извлечения закорачивающего клина перед повторным включением временно отключенного электролизера в ряду электролизеров для получения алюминия, установленного между токоподводами катодных узлов временно отключенного и предшествующего ему электролизера.

Изобретение относится к области первичной металлургии цветных металлов, а именно электролитического получения алюминия, и может быть использовано при монтаже катодной секции алюминиевого электролизера.

Изобретение относится к ошиновке алюминиевого электролизера при продольном размещении электролизеров в серии. Ошиновка алюминиевого электролизера содержит анодные шины, соединенные с анодами посредством анодных стояков, катодные шины, компенсационный контур, имитационно-подпиточный контур, состоящий из шины контура для имитации магнитного поля соседнего ряда электролизеров и шины контура для компенсации влияния магнитного поля соседнего ряда электролизеров.

Изобретение относится к устройству для электрического соединения электролизеров для получения алюминия в серии последовательно соединенных электролизеров (N-1) и (N) способом Холла-Эру.

Изобретение относится к способу и системе для определения дозировки связующего вещества для объединения с дисперсным материалом с получением электрода. Способ включает получение от необожженного электрода партии N двух показателей, а именно, смоделированную плотность в обожженном состоянии и характеристику изображения.

Изобретение относится к анодному блоку электролизера с обожженными анодами для производства алюминия. Анодный блок содержит на нижней рабочей поверхности пазы и вертикальные газоотводящие трубки.

Изобретение относится к способу замены анодов при электролизе расплава алюминия в алюминиевом электролизере с предварительно обожженными анодами с регенерацией тепла за счет предварительного подогрева анода.

Изобретение относится к электролизеру для производства алюминия с биполярными электродами. Электролизер содержит корпус с боковой и подовой футеровкой, концевые аноды и катоды, размещенные на противоположных сторонах корпуса электролизера, и вертикально установленные между ними нерасходуемые биполярные электроды, при этом нерасходуемые биполярные электроды, образующие модули электролиза, установлены вдоль оси электролизера рядами, между которыми расположены модули питания глиноземом и сбора алюминия.

Изобретение относится к способу оптимизации токоподвода к аноду электролизера при электролитическом получении алюминия в электролизерах с самообжигающимся анодом и верхним токоподводом.

Изобретение относится к электролитическому производству алюминия, а именно к способу формирования самообжигающегося анода алюминиевого электролизера с верхним токоподводом.

Изобретение относится к конструкции анодного штыря электролизеров с самообжигающимся анодом и верхним токоподводом при электролитическом производстве алюминия.

Изобретение относится к области цветной металлургии, а именно к электролитическому получению алюминия с применением инертных анодов из литых композиционных материалов с коррозионно-стойким покрытием анода.

Изобретение относится к способу изготовления анодной массы для анодов алюминиевых электролизеров. Способ включает приготовление анодной массы смешением зерновых фракций углеродного наполнителя в виде кокса с предварительно подготовленной связующей матрицей (СМ) на основе пылевой фракции кокса и пека в качестве связующего и регулировании гранулометрического состава (СМ) относительно заданного значения логарифма вязкости связующей матрицы корректировкой соотношения пылевых фракций при определении вязкости связующей матрицы в автоматическом режиме.

Изобретение относится к производству алюминия электролитическим способом на электролизерах с угольными и малорасходуемыми анодами. Способ снижения анодного перенапряжения включает подачу на анод импульсов тока высокой частоты с использованием генератора высокочастотных импульсов переменного тока и варьированием частоты импульсов тока от 104 до 108 Гц.

Изобретение относится к способу производства углеродных электродов в виде анодов для производства алюминия. Способ включает смешивание высокоплавкого пека с температурой размягчения по Меттлеру (SPM) выше 150°C с углеродистыми твердыми веществами при температуре на 50-120°С выше SPM пека, прессование или уплотнение посредством вибрации или экструзии без преднамеренного охлаждения при температуре, близкой к температуре смешивания, передачу сырых электродов в печь для карбонизации без преднамеренного охлаждения, карбонизацию сырых электродов. Обеспечивается снижение общего потребления энергии и времени пребывания на последующей стадии карбонизации. 7 з.п. ф-лы, 2 ил., 3 табл., 2 пр.

Изобретение относится к ошиновке алюминиевого электролизера большой мощности при поперечном расположении электролизеров в корпусе электролиза. Ошиновка содержит сборные и обводные катодные шины и спуски, установленные вдоль входной и выходной сторон катодного кожуха предыдущего электролизера, в которой анодная ошиновка последующего электролизера соединена с катодными шинами предыдущего электролизера посредством стояков, при этом каждый из пакетов катодных шин, огибающих торцы электролизера, передает 35-50 тока входной стороны. Ошиновка содержит ферромагнитный экран, выполненный в виде утолщенной продольной стенки катодного кожуха, размещенной между анодными стояками входной стороны электролизера и расплавом в электролизере, при этом ферромагнитный экран выполнен по высоте и длине больше проекции расплава на экран. Обеспечивается снижение негативного воздействия магнитного поля на расплав в электролизере. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Наверх