Ошиновка для алюминиевых электролизеров повышенной мощности

Ошиновка для алюминиевых электролизеров повышенной мощности

Реферат

Изобретение относится к производству алюминия методом электролиза расплавленных криолитовых солей в электролизерах при поперечном расположении их в корпусе электролиза.

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 (Патент, Франция, №865135, М. кл. С 25 С 3/16,1978).

Недостатком указанной ошиновки является наличие двух анодных стояков в области торцов катодного кожуха. Из практики эксплуатации электролизеров повышенной мощности (на 250-300 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 (Вх). При этом данное поле складывается с магнитным полем от объемных токов анодного массива и расплава. Поэтому в торцевых зонах ванны в металле поперечное поле (Вх) всегда будет превышать допустимую величину 25 гаусс, тем самым не будут обеспечиваться необходимые условия МГД стабильности для электролизеров повышенной мощности.

Известна также 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 (Патент, Франция, №2552782, М. кл. С 25 С 3/08, 1985).

Недостатком известной ошиновки является то, что ее конструкция не предполагает возможность подборки оптимального магнитного поля при применении катодных кожухов, обладающих различными ферромагнитными свойствами (шпангоутные, контрфорсные). При использовании в производстве алюминия, например, отечественных катодных кожухов контрфорсной конструкции, стенки которых обладают значительными экранирующими свойствами, в сочетании с рассматриваемой выше ошиновкой, в расплаве не удается достигнуть оптимальных значений магнитного поля, а именно величина вертикального магнитного поля превышает допустимое значение 15-20 гаусс.

Другим недостатком ошиновки является неэффективное использование катодных шин, проходящих под днищем электролизера. В указанных шинах протекает 10-15% всего тока входной стороны, что при силе тока электролизера 300 кА составляет 15-22,5 кА. Если принять оптимальную плотность тока в ошиновке 0,35 А/мм², то сечение указанных шин должно быть большим, т.е. в пределах 210×210 - 254×254 мм. Эффективность шин, проходящих под днищем электролизера, проявляется в большей степени, если они максимально приближены к обечайке катодного кожуха электролизера, в этом случае сталь днища находится в состоянии насыщения от магнитного поля указанных шин. Учитывая, что расстояние между контрфорсами и шпангоутами катодных кожухов небольшое, шины указанных выше габаритных размеров, проходящие под днищем, не представляется возможным приблизить вплотную к катодному кожуху днища, из-за чего эффективность их в оптимизации магнитного поля электролизера снижается.

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 33-50% тока входной стороны (Патент, Россия, №2132888, М.кл. С 25 С 3/16, 1995). Эта ошиновка выбрана за прототип.

Задача изобретения - повышение выхода металла по току и сокращение эксплуатационных затрат.

Техническим результатом настоящего изобретения является создание оптимального магнитного поля в расплаве электролизера при использовании катодных кожухов, обладающих различными экранирующими свойствами, с одновременным сокращением эксплуатационных затрат.

Технический результат достигается тем, что в ошиновке алюминиевых электролизеров большой мощности при поперечном расположении в корпусе электролиза, содержащей катодную ошиновку в виде установленных вдоль входной и выходной сторон электролизера сборных шин с катодными спусками, огибающих торцы пакетов катодных шин, каждый из которых передает 33-50% тока входной стороны, и расположенных под днищем шин, соединенных с анодной ошиновкой последующего электролизера посредством стояков, согласно предлагаемому часть сборных шин входной стороны, сборные шины выходной стороны и обводные пакеты катодных шин расположены на верхнем уровне, примерно на уровне металла в электролизере, а часть сборных шин входной стороны, расположенных под днищем шины, - на нижнем уровне.

Кроме того, шины катодной ошиновки максимально приближены к обечайке ферромагнитного катодного кожуха электролизера, а каждая из расположенных под днищем шин разделена на 2-4 параллельных проводника, расположенных в области крайних блюмсов электролизера.

При этом на противоположной от соседнего ряда электролизеров стороне при их двухрядном расположении размещено большее количество параллельных проводников.

И стояки выполнены в виде одной шины или нескольких, предпочтительно двух, параллельно расположенных шин, подключенных к различным сборным шинам и электрически связанных между собой анодными шинами.

На чертеже представлена схема ошиновки электролизера по заявке на изобретение.

Ошиновка на чертеже включает в себя анодные стояки 1, расположенные вдоль продольной выходной стороны электролизера, сборные шины входной стороны 2 и 3 с катодными спусками, сборные шины 4, 5 выходной стороны, пакеты катодных шин 6, расположенные под днищем электролизера, и пакеты шин 7, огибающие торцы электролизера. Крайние стояки 1 соединены со сборными шинами 3 входной стороны пакетами шин 7 и со сборными шинами выходной стороны 4. Средние стояки 1 подключены к сборным шинам 2 входной стороны пакетами шин 6 и к сборным шинам 5 выходной стороны. Стояки 1 подключены к анодным шинам 8 последующего электролизера. Катодная ошиновка размещена вблизи катодного кожуха 10, расплава 11 и расположена в 2 уровнях. Верхний уровень катодной ошиновки, состоящий из пакетов 3, 7, 4 и 5, расположен на уровне металла. Нижний уровень, включает пакеты шин 2, 6.

Ошиновка работает следующим образом. Посредством катодных спусков ток передается в сборные катодные шины 2-5 и по пакетам шин 6 и 7 поступает в стояки 1 следующего в серии поперечно расположенного электролизера. При этом в зависимости от ферромагнитных свойств катодного кожуха 10 по каждому из 2 пакетов шин 6 передается от 0 до 17%, а по каждому из пакетов шин 7 - от 33 до 50% всего тока входной стороны. Ток со стояков 1 передается в анодные шины 8 последующего электролизера.

Как видно на чертеже, наклонные и горизонтальные участки анодных стояков 1, в соответствии с правилом "буравчика", формируют в расплавленном металле 11 электролизера вертикальное (Bz) магнитное поле в левой половине ванны по ходу тока в серии положительное (направленное вверх), а в правой половине ванны - отрицательное (направленное вниз). Сборные катодные шины 2 и 3, пакеты шин, огибающие торцы 7, и шины, расположенные под катодными блоками 6, наоборот, создают в металле 11 вертикальное, противоположное по направлению поле указанному выше, тем самым обеспечивая его компенсацию. От эффективности воздействия на расплав 11 магнитного поля пакетов шин 2, 3, 7 и 6 зависит величина и характер вертикальной составляющей магнитного поля в ванне, которая определяется расстоянием от перечисленных шин до металла 11 и экранирующими свойствами катодного кожуха 10.

Экранирующие свойства катодного кожуха имеют прямо пропорциональную зависимость от магнитной проницаемости стали (μ), из которой он изготовлен. Магнитная проницаемость является функцией многих переменных (физические, химические свойства, температура стали, явление гистерезиса и т.п.), однако при прочих равных условиях в первую очередь проницаемость определяется напряженностью внешнего магнитного поля, создаваемого элементами ошиновки и проводниками электролизера. При максимальном приближении к поверхности обечайки ферромагнитного катодного кожуха пакетов шин 2, 3, 7 и 6 значительно повышается эффективность компенсации ими вертикального магнитного поля в металле электролизера. В данном случае эффективность компенсации поля будет достигаться не только за счет непосредственного приближения шин к расплаву, но и в результате существенного снижения экранирующих свойств катодного кожуха электролизера за счет снижения величины его магнитной проницаемости.

С целью максимального приближения шин, проходящих под днищем, к обечайке катодного кожуха они разбиваются на 2-4 параллельных проводника небольшого сечения, которые свободно могут поместиться между котрфорсами или шпангоутами.

Расположив катодную ошиновку в нескольких уровнях, представляется возможным уменьшить поперечные габаритные размеры электролизера с ошиновкой, в связи с чем сократить межосевое расстояние между соседними электролизерами. Это позволит уменьшить удельные эксплуатационные затраты на здания и сооружения.

Для компенсации влияния соседнего ряда электролизеров предусматривается несимметричное количество и расположение шин, проходящих под днищем. А именно на противоположной стороне от соседнего ряда количество шин больше.

Таким образом, в отличие от аналогов и прототипа предлагаемая ошиновка позволяет создавать оптимальное магнитное поле в рабочей зоне электролизеров с катодными ферромагнитными кожухами, обладающими различными экранирующими свойствами, а также минимизировать эксплуатационные затраты на здания и сооружения за счет сокращения межосевого расстояния между электролизерами.

1. Ошиновка для алюминиевых электролизеров большой мощности при поперечном расположении их в корпусе электролиза, содержащая катодную ошиновку в виде установленных вдоль входной и выходной сторон электролизера сборных шин с катодными спусками, огибающих торцы пакетов катодных шин, каждый из которых передает 33-50% тока входной стороны, и расположенных под днищем шин, соединенную с анодной ошиновкой последующего электролизера посредством стояков, отличающаяся тем, что часть сборных шин входной стороны, сборные шины выходной стороны и обводные пакеты катодных шин расположены на верхнем уровне примерно на уровне металла в электролизере, а часть сборных шин входной стороны и расположенные под днищем шины - на нижнем уровне.

2. Ошиновка по п.1, отличающаяся тем, что шины катодной ошиновки максимально приближены к обечайке ферромагнитного катодного кожуха электролизера.

3. Ошиновка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что каждая из расположенных под днищем шин разделена на 2-4 параллельных проводника, расположенных в области крайних блюмсов электролизера.

4. Ошиновка по п.3, отличающаяся тем, что на противоположной от соседнего ряда электролизеров стороне при их двухрядном расположении размещено большее количество параллельных проводников.

5. Ошиновка по п.1, отличающаяся тем, что стояки выполнены в виде одной шины или нескольких, предпочтительно двух, параллельно расположенных шин, подключенных к различным сборным шинам, и электрически связаны между собой анодными шинами.