Устройство для компенсации магнитного поля, наведенного соседним рядом последовательно соединенных электролизеров большой мощности

Устройство для компенсации магнитного поля, наведенного соседним рядом последовательно соединенных электролизеров большой мощности

Иллюстрации

Показать все

Реферат

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

Известно устройство для компенсации влияния магнитного поля от соседних рядов продольно расположенных электролизеров, в котором обеспечивающий компенсацию проводник с постоянным током расположен на внешней стороне серии электролиза, при этом ток в нем направлен в сторону, противоположную направлению тока в серии, проводник нагружен током, составляющим примерно 25% от тока серии (патент US 3616317 от 29.09.1969, М. кл. C22D 3/12, C22D 3/02).

Недостатком известного изобретения является то, что оно может быть использовано исключительно в сериях на небольшую силу тока, в которых электролизеры расположены в продольном направлении.

Магнитное поле от проводника с током распространяется по гиперболической зависимости. Расстояние от соседнего ряда электролизеров продольного расположения до оси слоя расплавленного алюминия в электролизере составляет 10-18 м, а от компенсационного проводника - 2,5-3,5 м, сила тока в компенсационном проводнике меньше силы тока серии электролизеров почти в 4 раза. В этой связи, в области расплава складываются направленные в противоположные стороны вертикальные поля от соседнего ряда и от компенсационной шины. При этом поле от компенсационной шины и от соседнего ряда в расплаве изменяется по гиперболической зависимости и от компенсационной шины более интенсивно, чем поле от соседнего ряда. В результате чего относительно эффективная компенсация магнитного поля от соседнего ряда электролизеров обеспечивается только на небольшом участке расплава, примерно длиной 3,5-4,5 метра. При поперечном расположении электролизеров, когда возникает необходимость скомпенсировать поле в расплаве на участке длиной 10-18 метров, указанное выше техническое решение не будет эффективным, т.к. не удастся достигнуть качественной компенсации из-за излишней компенсации поля в одной половине ванны и недостаточной компенсации на ее противоположной половине.

Известен также способ для компенсации влияния магнитного поля от соседних рядов поперечно расположенных электролизеров, у которых анод последующего электролизера питается током от катода соседнего, предыдущего электролизера, ток от катода, снимаемого с входных и выходных катодных стержней, с входными катодными стержнями, расположенными на стороне ближней к соседнему ряду электролизеров и выходными катодными стержнями, расположенными на противоположной стороне от соседнего ряда электролизеров, создающих электрическую петлю, которая генерирует дополнительное магнитное поле, существенно приравненное к созданному соседними рядами и направленному в противоположном направлении, за счет большей силы тока в проводнике, расположенном на стороне, ближней к соседнему ряду, и соединенным с катодными стержнями предыдущего электролизера (патент US №4072597 от 05.11.1976, М. кл. С25В 9/04, С25С 3/16).

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство компенсации магнитного поля от соседних рядов последовательно соединенных электролизеров, каждый из которых содержит металлическое катодное устройство, соседние, параллельные ряды электролизеров, которые ориентированы поперечно длинной оси ряда, с катодным устройством, содержащим слой жидкого алюминия на подине. Устройство включает два компенсационных электрических проводника, расположенных в основном на том же самом уровне, как и слой жидкого алюминия, и установленных с обеих сторон каждого ряда электролизеров. Источник постоянного тока соединен с указанными проводниками, при этом один компенсационный проводник установлен отдельно на внутренней стороне серии электролизеров (внутренний проводник), а другой компенсационный проводник установлен отдельно на внешней стороне электролизеров (внешний проводник). Постоянный ток во внутреннем компенсационном проводнике течет в том же самом направлении, как и ток в серии электролизеров, а постоянный ток во внешнем компенсационном проводнике течет в противоположном направлении относительно направления тока в серии электролизеров, при этом внутренний и внешний компенсационные проводники соединены последовательно. Силу тока в компенсационном проводнике определяют по уравнению:

B=2i/d, где:

B = магнитное поле в 10⁴ Тесла;

i = сила тока в килоамперах;

d = расстояние в метрах.

Компенсационный проводник подбирают таким, чтобы средняя величина полного магнитного поля на большей оси электролизера равнялась нулю (патент US №4159034 от 18.07.1978 г. М. кл. С25С 3/16).

Основным недостатком известного устройства для компенсации, а также перечисленных выше технических решений-аналогов является то, что при их использовании невозможно достаточно эффективно скомпенсировать магнитное поле, наведенное от соседних рядов очень мощных электролизеров или от проводников, где сила тока может достигать 320-400 кА и более.

Для реализации изобретения прототипа серии электролизеров при силе тока 350-400 кА и более потребовалось бы существенно увеличить расстояние между рядами серии электролизеров, более чем на 150 м, чтобы сохранить приемлемое значение магнитного поля в области расплава. Это приведет к значительному увеличению затрат на аренду земли под корпуса электролиза, на длинную ошиновку между рядами серии электролизеров, росту расхода электроэнергии из-за греющего напряжения в длинной ошиновке. Перечисленные факторы уменьшают доход от инвестиций, вложенных в серии электролизеров с высокой силой тока.

Предлагаемое изобретение имеет отношение только к устройству компенсации магнитного поля соседнего ряда серий последовательно соединенных электролизеров на силу тока 350-400 кА и более, установленных в одном корпусе электролиза под одной крышей поперечно, по крайней мере, в два ряда.

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

Техническим результатом изобретения является создание оптимального магнитного поля в расплаве серии поперечно расположенных электролизеров, установленной в одном корпусе электролиза, состоящей, по крайней мере, из двух рядов с одновременным сокращением постоянных затрат.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для компенсации магнитного поля, наведенного соседним рядом последовательно соединенной серии электролизеров большой мощности, параллельные ряды которых ориентированы поперечно длинной оси ряда и каждого электролизера из серии, содержащего катодное устройство с катодными стержнями, соединенными посредством катодной ошиновки и анодных стояков с анодным устройством последующего электролизера, включающем внутренний и внешний компенсационные электрические проводники, расположенные в основном на том же самом уровне, как и слой жидкого алюминия, и установленные, по крайней мере, с одной стороны каждого ряда электролизеров; источник постоянного тока, соединенный с указанными проводниками, при этом направление постоянного тока во внутреннем компенсационном электрическом проводнике совпадает с направлением тока в серии электролизеров, а постоянный ток во внешнем компенсационном электрическом проводнике противоположен по направлению току в серии электролизеров, при этом внутренний и внешний компенсационные электрические проводники соединены последовательно, согласно предлагаемому, устройство включает дополнительные компенсационные проводники с постоянным током, которые проходят под днищем электролизеров серии параллельно основным электрическим компенсационным проводникам, при этом рядом с внутренним электрическим компенсационным проводником установлен, по крайней мере, один дополнительный компенсационный проводник под днищем электролизеров серии в области крайних катодных стержней со стороны внутреннего электрического компенсационного проводника, направление тока в указанных проводниках совпадает: кроме того, рядом с внешним электрическим компенсационным проводником установлены, по крайней мере, два дополнительных проводника под днищами электролизеров, один из которых расположен в области крайних катодных стержней со стороны внешнего электрического компенсационного проводника, а другой - между этим проводником и малой осью электролизера, направление тока в указанных проводниках совпадает.

Заявляемое техническое решение отличается от прототипа и аналога тем, что в устройстве способ компенсации магнитного поля соседнего ряда электролизеров обеспечивается в виде отдельных, независимых проводников с током, а не за счет асимметричной конструкции ошиновки электролизера.

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

На фиг.1 представлена ванна электролизера; на фиг.2 показано устройство компенсации; на фиг.3 - графики взаимодействия магнитных полей от соседнего ряда электролизеров и устройства компенсации.

На чертежах показано: ванна электролизера 1, жидкий алюминий 2, электролит 3, анодный массив 4, ферромагнитный катодный кожух 5. Электролизеры 1 образуют ряд электролизеров 6 и соседний к нему ряд электролизеров 7. Устройство компенсации состоит из внутреннего компенсационного электрического проводника 8_а и внешнего компенсационного электрического проводника 9_а, расположенного на внешней стороне серии электролизеров примерно на уровне металла. Устройство также состоит из дополнительных компенсационных проводников с постоянным током 8_б, 9_б, 9_с, расположенных под днищем электролизера и параллельных внутреннему и внешнему компенсационным проводникам. Компенсационные проводники 8_а, 8_б могут быть соединены с компенсационными проводниками 9_а, 9_б, 9_с посредством шины 10. Обе группы компенсационных проводников могут быть подключены к одному или каждый к отдельному источнику постоянного тока. В ряду электролизеров 6 ток серии направлен снизу вверх от наблюдателя, а в соседнем ряду электролизеров 7 ток направлен в противоположную сторону. Вся серия электролизеров, состоящая из 2-х рядов, и устройство компенсации расположены в одном корпусе электролиза под одной крышей. Стрелкой 11 обозначено направление тока в серии.

Устройство компенсации работает следующим образом. Каждый из рядов 6 и 7 серии электролизеров на 400 кА, расположенной в одном корпусе электролиза, создает в расплаве электролизеров соседнего ряда вертикальную, направленную вверх компоненту магнитного поля. Расстояние между осями рядов в данном примере 30 м. На фиг.3 кривой К показано влияние магнитного поля соседнего ряда, которое изменяется от внутреннего к внешнему торцу ванны примерно по гиперболической зависимости от 48,9·10^-4 Тесла до 23,2·10^-4 Тесла.

Внутренний 8_а и внешний 9_а, компенсационные электрические проводники создают в расплаве противоположное, относительно соседнего ряда электролизеров, вертикальное магнитное поле. Так как магнитное поле от этих компенсационных проводников в расплаве распространяется так же по гиперболической зависимости, а длина ванны электролизеров на силу тока 400 кА и более составляет 10-12 м, то с помощью магнитного поля от этих компенсационных проводников не удается оптимально скомпенсировать поле в расплаве от соседнего ряда электролизеров. Дополнительные компенсационные проводники 8_б, 9_б, 9_с, вместе с внутренним и внешним проводниками обеспечивают оптимальную компенсацию магнитного поля от соседнего ряда электролизеров.

В указанном примере сила тока в компенсационных проводниках составляет: 8_а - 50 кА; 9_а - 35 кА;8_б - 40 кА; 9_б - 40 кА; 9_с - 15 кА.

Расположение компенсационных проводников устройства компенсации и сила тока в них подбирается с помощью компьютерных программ с использованием закона Био-Савара-Лапласа.

На фиг.3 кривой L представлено суммарное магнитное поле от внутреннего, внешнего и дополнительных компенсационных проводников. Кривая М это суммарное поле от соседнего ряда электролизеров и магнитного поля от компенсационных проводников, т.е. M=K+L.

Как видно в представленном примере, применение устройства обеспечивает оптимальную компенсацию магнитного поля от соседнего ряда электролизеров. Кривая М близка к нулю, отклонение не превышает 3-10^-4 Тесла.

Таким образом, в отличие от аналогов и прототипа, предлагаемое устройство для компенсации магнитного поля, наведенного соседним рядом последовательно соединенных электролизеров, позволяет создавать оптимальное магнитное поле в рабочей зоне серии электролизеров большой мощности, на 350-400 кА и более, поперечного расположения, установленной в одном корпусе, тем самым обеспечивать технико-экономические показатели работы электролизеров не хуже передовых аналогов с одновременным сокращением постоянных затрат.

Устройство для компенсации магнитного поля, наведенного соседним рядом последовательно соединенной серии электролизеров большой мощности, параллельные ряды которых ориентированы поперечно длинной оси ряда и каждого электролизера из серии, содержащего катодное устройство с катодными стержнями, соединенных посредством катодной ошиновки и анодных стояков с анодным устройством последующего электролизера, включающее внутренний и внешний компенсационные электрические проводники, расположенные в основном на уровне слоя жидкого алюминия и установленные, по крайней мере, с одной стороны каждого ряда электролизеров, и источник постоянного тока, соединенный с указанными проводниками, при этом направление постоянного тока во внутреннем компенсационном электрическом проводнике совпадает с направлением тока в серии электролизеров, а постоянный ток во внешнем компенсационном электрическом проводнике противоположен по направлению току в серии электролизеров, при этом внутренний и внешний компенсационные электрические проводники соединены последовательно, отличающееся тем, что оно включает дополнительные компенсационные проводники с постоянным током, которые проходят под днищем электролизеров серии параллельно основным электрическим компенсационным проводникам, при этом рядом с внутренним электрическим компенсационным проводником установлен, по крайней мере, один дополнительный компенсационный проводник под днищем электролизеров серии в области крайних катодных стержней со стороны внутреннего электрического компенсационного проводника, направление тока в указанных проводниках совпадает, причем рядом с внешним электрическим компенсационным проводником установлены, по крайней мере, два дополнительных проводника под днищами электролизеров, один из которых расположен в области крайних катодных стержней со стороны внешнего электрического компенсационного проводника, другой - между этим проводником и малой осью электролизера, а направление тока в указанных проводниках совпадает.