RU37101U1 - Ошиновка электролизера для получения алюминия - Google Patents

Description

2 003134770 пк С25С 3/16

ОШИНОВКА ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНИЯ

Нредлагаемая полезная модель относится к цветной металлургии, в частности, к электролитическому получению алюминия в электролизерах с верхним токоподводом, и может быть использована при изготовлении и монтаже ошиновки электролизеров.

Соединение электролизеров в последовательную электрическую цепь осуществляется системой токоподводящих шин, одним из основных требований к которой является создание в расплаве магнитного поля, оказываюш,его минимально возможное отрицательное влияние на стабильность технологического процесса. Воздействие электромагнитных сил на катодный металл приводит к деформации поверхности катодного металла, возникновению перекосов, появлению волнений металла. Возникает расстройство технологического режима и, как следствие, снижение технико-экономических показателей процесса электролиза.

Из практики известно, что влияние на воздействия электромагнитных сил на катодный металл оказывают значения вертикальной и поперечной составляющих напряженности магнитного поля, определяемые по плоскости зеркала металла и скорости циркуляции расплава. Лучшей считается ошиновка, позволяющая получить скомпенсированные значения составляющих магнитного поля при их невысоком значении.

Известна ошиновка мощных алюминиевых электролизеров, в которой 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 следующего электролизера. (Натент СССР №738518, кл. С25С 3/16,1980).

Недостатком известной ошиновки является невозможность полностью компенсировать магнитное поле соседнего ряда электролизеров, особенно при переходе на работу на большой силе тока, что не позволяет создать в расплаве симметричные устойчивые контуры циркуляции с небольшой скоростью движения расплавленного металла.

Известна ошиновка алюминиевого электролизера с двусторонним токоподводом к аноду при двухрядном продольном расположении электролизеров в корпусе (Патент РФ № 2109853, кл. С25С 3/16, 1998). Ошиновка содержит установленные вдоль продольных сторон электролизера катодные шины с катодными стержнями, подключенные к анодным шинам следующего в ряду электролизера стояками, и поперечные соединительные шины. При этом, катодная соединительная шина расположена у входного торца электролизера, а анодные - в торцах анодной ошиновки следуюшего электролизера. Катодная соединительная шина соединена с катодной шиной стороны, обраш,енной к соседнему ряду, и с катодной шиной противоположной стороны с подключенной к ней группой катодных стержней в количестве 20-30% от количества катодных стержней одной стороны электролизера.

По технической сущности, наличию сходных существенных признаков данное решение выбрано в качестве прототипа.

Известная ошиновка позволяет уменьшить влияние магнитного поля токов соседнего ряда электролизеров и иметь симметричные поперечную и вертикальную составляющие магнитного поля относительно осей электролизера.

Однако, расчеты и практика эксплуатации электролизеров с такой ошиновкой показали, что при увеличении мощности электролизеров до 150 кА и выше она не обеспечивает характер распределения магнитного поля, необходимый для достижения высоких технико-экономических показателей процесса электролиза. При достаточно равномерном распределении тока по анодам, разброс составляет примерно 200 А, распределение тока по

катодным секциям оставляет желать лучшего и составляет примерно 1500 А. Что неизбежно приводит к появлению горизонтальных токов, которые дестабилизирз от технологический режим, ухудшению магнитогидродинамической стабильности электролизера и снижению техникоэкономических показателей процесса электролиза.

Задачей предлагаемой полезной модели является повышение техникоэкономических показателей процесса электролиза алюминия и повышение магнито-гидродинамической стабильности электролизера.

Техническим результатом предложенной ошиновки является снижение воздействия электромагнитных сил на катодный металл за счет уменьшения вертикальной составляюшей магнитного поля и повышения равномерности распределения компоненты магнитного поля, повышения равномерности токораспределения по ошиновке.

Поставленная задача решается тем, что в ошиновке электролизера для получения алюминия состояшей из установленных вдоль продольных сторон электролизера катодных шин с катодными стержнями и обводными пакетами шин, подключенными к анодным шинам следуюшего в ряду электролизера анодными стояками, и поперечными соединительными шинами, все катодные стержни по каждой продольной стороне электролизера подсоединены к коллекторной катодной шине, а система подключения к анодным шинам следуюш;его в ряду электролизера выполнена в виде отдельных з астков коллекторной катодной шины, соединенных обводными пакетами шин с анодными стояками, причем система подключения обладает дифференцированным электрическим сопротивлением по заданной токовой нагрузке.

При продольном расположении электролизеров в корпусе, система подключения выполнена четырехстоячной, два входных анодных стояка расположены у входного торца электролизера в проекции его катодного устройства, два выходных анодных стояка расположены на продольных сторонах на расстоянии от центральной поперечной оси электролизера, не

более 0.2 длины электролизера с распределением токовой нагрузки по стоякам, %: левый входной - 10-40, правый входной - 15-35, левый выходной - 10-40, правый выходной -15-35.

При поперечном расположении мощных электролизеров в корпусе, система подключения содержит не менее пяти анодных стояков, расположенных вдоль входной продольной стороны катодного кожуха, с распределением токовой нагрузки по стоякам: центральные и крайние (0,75-1,0) средней токовой нагрузки, J ср., остальные стояки - (1,0- 1,25) средней токовой нагрузки, J ср., определенной из выражения:

J ср. J/n, где

J - общая токовая нагрузка электролизера, кА; п - количество анодных стояков.

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

Предлагаемая конструкция ошиновки электролизера для получения алюминия отличается от прототипа тем, что все катодные стержни по каждой продольной стороне электролизера соединены с катодным пакетом - коллекторной шиной, состоящей, по крайней мере, из одной катодной шины, а система подключения к анодным шинам следующего в ряду электролизера выполнена с расчетным дифференцированным электрическим сопротивлением, обеспечивающим заданную токовую нагрузку по анодным стоякам и анодной ошиновке.

Суть изобретения заключается в том, что положительное влияние вынесения анодных стояков на продольные стороны усиливается за счет более равномерного токораспределения по катодным секциям и анодным блокам. Что практически полностью исключает возникновение продольных горизонтальных токов. Многочисленные расчеты показали, что достижение хороших результатов в основном зависит от - силы тока, местоположения выходных стояков на продольных сторонах относительно центральной

поперечной оси электролизера, токорасиределения по анодным стоякам, распределение тока по катодным секциям (блюмсам) и токораспределения по анодным блокам. Таким образом, параметры, приведенные в формуле изобретения, подбираются для каждой конкретной конструкции электролизера, на силу тока от 80 до 220 кА с продольным и поперечным расположением в корпусе. Для конструкций электролизеров при расположении выходных анодных стояков в пределах составляющих не более 0,2 длины электролизера, смещение от оси может быть как по ходу тока так и против направления движения тока. Для всех выше перечисленных конструкций электролизеров превышение указанных в формуле изобретения пределов приведет к ухудшению МГД - характеристик и снижению технико-экономических показателей работы электролизеров, а, следовательно, предлагаемое решение теряет смысл, так как становится не эффективным.

Новая конструкция ошиновки обеспечивает разброс тока по катодным секциям аналогичный разбросу тока по анодам. Это практически полностью исключает возникновение паразитных горизонтальных токов. Кроме того, так как, все токи смешиваются в коллекторных шинах и далее распределяются по заданному сопротивлению пакетов ошиновки с заданным сечением и длиной, то токовые колебания по катодным секциям предыдущего электролизера не будут передаваться на следующий электролизер, что обеспечит более стабильную работу последнего и повышение технико-экономических показателей эксплуатации, даже при сближении торцов электролизера.

Сущность полезной модели поясняется графическим материалом, на фигуре 1 изображен общий вид схемы ошиновки электролизера с продольным расположением в корпусе, на фигуре 2 - то же, вид сверху, на фигуре 3 - общий вид схемы ошиновки электролизера с поперечным расположением в корпусе.

Ошиновка электролизера состоит из катодной коллекторной шины 1. Катодная коллекторная шина 1 с подключенными к ней катодными блюмсами 2 разделена на отдельные участки. Участки нри помош;и обводных (соединительных) пакетов шин 3 подсоединены к анодным стоякам 4-8. Для электролизеров с продольным расположением в корпусе, входные стояки 4,6 находятся в торце электролизера в проекции катода. Выходные наклонные стояки 5,7 расположены по продольным сторонам электролизера между 6-м и 7-м анодами (лицевой стояк) 7 и между 5-м и 6м анодами (глухой стояк) 5. Для электролизеров с поперечным расположением в корпусе все анодные стояки 4-8 расположены по продольной стороне электролизера. Анодные шины 9 соединены поперечными шинами 10.

Ошиновка работает следуюш,им образом.

Ток от блюмсов 2 передается на катодную коллекторную шину 1 по спускам. Далее ток распределяется по стоякам 4 - 8 в зависимости от сопротивления участков катодной ошиновки.

Для электролизера на силу тока 140 кА с продольным двухрядным расположением в корпусе (фиг. 1, 2) подбирают следующие характеристики:

Сила тока, кА 140 ТОКИ БЛЮМСОВ, кА

Средний ток5,833

Максимальный ток 5,984 Минимальный ток 5,694 ТОКИ АНОДОВ

Средний ток7,777

Максимальный ток 7,857 Минимальный ток 7,73 МАКСИМАЛЬНОЕ ЗНАЧЕНИЕ ИНДУКЦИИ, мТ Вх 14,167 к By 4,095 BZ 4,241 МИНИМАЛЬНОЕ ЗНАЧЕНИЕ РШДУКЦИИ, мТ BX -13,462 By -3,681 BZ -1,673 СРЕДНЕЕ ЗНАЧЕНИЕ ИНДУКЦИИ, Мт BX 0,689 By 0,015 BZ 1,407 СРЕДНЕЕ НО МОДУЛЮ ЗНАЧЕНИЕ ИНДУКЦИИ, мТ BX 5,666 By 1,363 BZ 1,510 Нерекос зеркала металла, см1,16 Средняя скорость циркуляции, см/с1,66 Максимальная скорость циркуляции, см/с 4,77 Для электролизера на силу тока 300 кА с поперечным расположением в усе (фиг. 3) подбирают следующие характеристики: Сила тока, кА 300 ТОКИ БЛЮМСОВ, кА Средний ток3,750 Максимальный ток 3,814 Минимальный ток 3,711 ТОКИ АНОДОВ Средний ток7,499 Максимальный ток 7,589 Минимальный ток 7,413 МАКСИАЛЬНОЕ ЗНАЧЕНИЕ ИНДУКЦИИ, мТ BX 2,831

By 14,591 BZ 2,346

МИНИМАЛЬНОЕ ЗНАЧЕНИЕ РШДУКЦИИ, мТ BX -2,839 By -12,600 BZ -2,345

СРЕДНЕЕ ЗНАЧЕНИЕ ИНДУКЩТИ, Мт BX -0,015 By 0,691 BZ 0,001

СРЕДНЕЕ ПО МОДУЛЮ ЗНАЧЕНИЕ ИНДУКЦИИ, мТ BX 0,993 By 6,677 BZ 0,860

Нерекос зеркала металла, см0,78

Средняя скорость циркуляции, см/с0,88

Максимальная скорость циркуляции, см/с 4,92

Предлагаемая схема ошиновки обеспечивает достаточно симметричное и скомпенсированное магнитное поле, малые значения перекоса и скорости циркуляции катодного металла. Низкие значения перекоса и скорости циркуляции металла в свою очередь приводят к снижению потерь катодного металла и повышению выхода по току, что обеспечивает положительный эффект от применения данного технического решения.

Claims (3)

1. Ошиновка алюминиевого электролизера, содержащая установленные вдоль продольных сторон электролизера катодные шины с катодными стержнями и обводными пакетами шин, подключенные к анодным шинам следующего в ряду электролизера анодными стояками, и поперечные соединительные шины, отличающаяся тем, что все катодные стержни по каждой продольной стороне электролизера подсоединены к коллекторной катодной шине, а система подключения к анодным шинам следующего в ряду электролизера выполнена в виде отдельных участков коллекторной катодной шины, связанных обводными пакетами шин с анодными стояками, причем система подключения обладает дифференцированным электрическим сопротивлением по заданной токовой нагрузке.

2. Ошиновка по п.1, отличающаяся тем, что при продольном расположении электролизеров в корпусе, система подключения выполнена четырехстоячной, два входных анодных стояка расположены у входного торца электролизера в проекции его катодного кожуха, два выходных анодных стояка расположены на продольных сторонах на расстоянии от центральной поперечной оси электролизера, не более 0,2 длины электролизера с распределением токовой нагрузки по стояками, %:

Левый входной 10-40

Правый входной 15-35

Левый выходной 10-40

Правый выходной 15-35

3. Ошиновка по п.1, отличающаяся тем, что при поперечном расположении мощных электролизеров в корпусе, система подключения содержит не менее пяти анодных стояков, расположенных вдоль входной продольной стороны катодного кожуха, с распределением токовой нагрузки по стоякам: центральные и крайние - (0,75-1,0) средней токовой нагрузки J ср, остальные стояки - (1,0- 1,25) средней токовой нагрузки J ср, которую определяют из выражения

J ср=J/n,

где J - общая токовая нагрузка электролизера, кА;

n - количество анодных стояков.