ошиновка мощных алюминиевых электролизеров при их продольном расположении в корпусе

Формула изобретения

1. ОШИНОВКА МОЩНЫХ АЛЮМИНИЕВЫХ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРОВ ПРИ ИХ ПРОДОЛЬНОМ РАСПОЛОЖЕНИИ В КОРПУСЕ, содержащая анодные шина, стояки, расположенные у входного и выходного торцов катодного кожуха, и катодные стержни, разделенные на группы, каждая из которых соединена с отдельным пакетом катодных шин, отличающаяся тем, что, с целью повышения производительности электролизеров, пакеты катодных шин групп стержней, ближайших к входному торцу катодного кожуха, соединены со стояками в начале продольных сторон катодного кожуха, а остальные группы катодных стержней - со стояками, расположенными вдоль продольных сторон катодного кожуха последующего электролизера.

2. Ошиновка по п. 1, отличающаяся тем, что, с целью повышения компенсации магнитного поля соседнего ряда электролизеров, группа катодных стержней, расположенных у выходного торца с правой стороны катодного кожуха по ходу направления тока, соединена с левым входным стояком, а группа катодных стержней, расположенных у выходного торца с левой стороны катодного кожуха, соединена с выходным стояком, расположенным на левой стороне катодного кожуха и соединенным с правой анодной шиной в точке, делящей ее длину в соотношении 1 : 4.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к получению алюминия, частности, методом электролиза расплавленных солей в электролизерах с их продольным размещением в корпусе.

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 которых ток к входным и выходным стоякам подводят несимметрично в отношении, близком 2: 1.

Недостатком этого технического решения является отрицательное влияние электромагнитных сил с расплавленном алюминии на процесс электролиза, возрастающее по мере увеличения единичной мощности электролизера свыше 100 кА. С увеличением тока электролизера увеличивается магнитное поле и электромагнитные силы в расплавленном алюминии, вызывающие циркуляцию расплава и перекосы его уровня.

Как известно, циркуляция расплава в электролизере зависит в основном от изменений поперечной составляющей магнитной индукции В_у вдоль торцовых сторон электролизера.

Магнитное поле в торцах электролизера формируется главным образом токами, текущими в стояках. Эти токи при расположении стояков в торцах стояков в торцах электролизера создают в основном поперечную составляющую магнитной индукции В_у, которая суммируется В_у от токов, текущих в аноде, расплаве и катодных пакетах.

Таким образом, существенное уменьшение значений В_у в торцах возможно только с изменением расположения стояков относительно расплава. Примером влияния расположения стояков на перераспределение составляющих магнитной индукции может служить модернизация электролизеров типа С2, С3 на 130 кА. Эти первые мощные электролизеры имеют стояки, расположенные вне проекции анодного массива.

Применение высокопроизодительной напольной обрабатывающей техники потребовало убрать их в межторцовое пространство электролизеров. При модернизации улучшились значения поперечной составляющей магнитного поля, в то же время произошло снижение значений продольной составляющей. В табл. 1 приведены измеренные значения составляющих магнитной индукции на серийных электролизерах С2, С3 и модернизированных, со стояками, сдвинутыми в межторцовое пространство (уменьшение значений В_у модернизированных электролизеров обусловлено, в основном, применением составных сталеалюминиевых штырей вместо сплошных сталемедных).

Очевидно, что вынос стояков на продольные стороны позволит еще более существенно уменьшить значения поперечной составляющей магнитной индукции.

Наиболее близкой в предложенной является схема ошиновки французской фирмы "Алюминиум Пешине". По этой схеме 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.

При разделении катодных стержней на две группы стояк, расположенный у борта, соединен с анодной шиной в ее середине, а при разделении катодных стержней на три группы стояки расположены так, что они соединены с анодной шиной в точках, делящих ее длину соответственно в отношениях 1: 3 и 2: 3.

Указанная схема принята за прототип.

К недостаткам известной схемы ошиновки можно одинаковое распределение тока по стоякам, что затрудняет ее использование корпусе с двухрядным расположением электролизеров из-за отсутствия компенсации магнитного поля соседнего ряда электролизеров.

Цель предложения - повышение производительности электролизеров большой мощности за счет перераспределения магнитного поля.

Поставленная цель достигается тем, что пакеты катодных шин групп стержней, ближайших к входному торцу катодного кожуха, соединены со стояками, расположенными начале продольных сторон, а остальные группы катодных стержней - со стояками, расположенными вдоль продольных сторон катодного кожуха последующего электролизера, а также тем, что группа катодных стержней, расположенных у выходного торца с правой стороны катодного кожуха по ходу направления тока, соединена с левым входным стоякам, а такая же группа катодных стержней с левой стороны соединена с выходным стояком, расположенным на левой стороне катодного кожуха и соединенным с правой анодной шиной в точке, делящей ее длину в отношении 4: 1.

В этом заключается новизна предложения.

Известны схемы ошиновки электролизеров, например типа С2, С3. Сходными признаками известной и предложенной схем является расположение анодных стояков вне проекции анодного массива. Существенное отличие предложенной схемы по сравнению с известной является то, что анодные стояки расположены на продольной стороне электролизеров за пределами торцового пространства, тогда как по известной схеме они не выходят за пределы межторцевого пространства. Указанное отличие практически исключает возникновение заметной поперечной доли в планарных составляющих магнитной индукции, так как опытным путем установлено, что поперечная часть планарных составляющих магнитной индукции тем больше, чем ближе стояки к оси межторцевого пространства. Следовательно, предложенная схема обладает существенными отличиями.

На фиг. 1 изображена схема ошиновки с равной токовой нагрузкой левых и правых катодных пакетов, в плане; на фиг. 2 - то же, но при токовой нагрузке левых пакетов на 10-12% больше, чем правых; на фиг. 3 - схема ошиновки по прототипу; на фиг. 4 - то же, ошиновка, с тем же распределением тока по стоякам (25-25-25-25% ), но с входными стояками, вынесенными в начало продольных сторон катодного кожуха; на фиг. 5 - предложенная схема ошиновки с характеристиками магнитного поля, казанными в табл. N 2 и 3.

Электролизеры 1 и 2 расположены один за другим в корпусе с двухрядным расположением, соединены в последовательную электрическую цепь ошиновкой, содержащей анодные шины 3, 4, стояки 5, 6, размещенные в начале продольных сторон катодного кожуха 7, 8, катодные стержни 9, разделенные на две группы 10 и 11, 12 и 13 с каждой стороны (фиг. 1) или три группы 10, 11, 12 и две группы 13, 14 (фиг. 2), каждая из которых соединена с самостоятельным пакетом катодных шин 14, 15, 16, 17, 18, 19. При равной токовой нагрузке по катодным пакетам левой и правой стороны (фиг. 1) пакеты шин 14 и 16 соединены со стояками 5 и 6, а пакеты шин 15 и 17 - со стояками 20 и 21, расположенными вдоль продольных сторон катодного кожуха и подающими ток на анодные шины в точках 22 и 23, делящих длину шин в отношениях 2: 1 и 4: 1. При асимметричной токовой нагрузке пакеты шин 19 и 15 соединены стояком 5, а пакет 18 со стояком 6 расположенным в начале продольных сторон катодного кожуха. Пакеты шин 16 и 17 соединены со стояками 20 и 21, расположенными на левой продольной стороне катодного кожуха и подающими ток на анодные шины в точках 22 и 23, делящих длину шин в отношении 2: 1 и 4: 1.

Вынос стояков из входного и выходного торцов на продольные стороны перераспределяет магнитное поле, создаваемое токами в стояках между продольной и поперечной составляющими магнитной индукции таким образом, что значения продольной составляющей увеличиваются, а поперечной уменьшаются. В табл. 2 приведены рассчитанные на ЭВМ значения составляющих магнитной индукции для электролизера на 175 кА, оборудованного ошиновками различных схем. На фиг. 3 дана схема ошиновки по прототипу. На фин. 4 - то же, ошиновка, с тем же распределением тока по стоякам (25-25-25-25% )= но с входными стояками, вынесенными в начало продольных сторон катодного кожуха.

В табл. 3 даны оценочные характеристики составляющих магнитной индукции.

Сравнивая магнитные поля ошиновок по схемам на фиг. 3 и 4, можно сделать вывод о том, что с выносом всех стояков на продольные стороны происходит перераспределение значений составляющих магнитной индукции:

- увеличиваются значения продольной составляющей В_х - среднее, в углах и торцах электролизера, а также по его сторонам;

- заметно уменьшаются все значения поперечной составляющей В_у - среднее, по сторонам, углам и торцам электролизера,

- несколько уменьшилось среднее значение вертикальной составляющей В_z.

Анализ схемы на фиг. 2 показывает, что ее можно улучшить с помощью ряда конструктивных решений.

Схема на фиг. 2 имеет явную асимметрию Ву между входным и выходным торцом (43 10-4 Тл) и высокий показатель нескомпенсированной В_z (108 10-4 Тл), указывающий на значительное превышение ее положительных значений.

Известно, что в корпусах с двухрядным расположением электролизеров возникает асимметрия В_z из-за наложения вертикального магнитного поля соседнего ряда электролизеров на собственное магнитное поле одного знака. В итоге результирующее магнитное поле становится асимметричным.

Для коррекции магнитного поля ошиновки схемы на фиг. 2 использованы известные элементы асимметричной ошиновки:

- изменение распределения тока по стоякам,

- изменение расположения катодных пакетов ошиновки по высоте.

Идея асимметричной ошиновки заключается увеличении собственного поля левых пакетов и уменьшения поля правых. Это достигается превышением тока в обводных пакетах левой стороны над правыми на 7-10% в зависимости от силы тока.

Асимметрия уровней пакетов шин не может превышать 1,2-1,5 метро, так как левые пакеты подняты до уровня рабочей площади, а дальнейшее опускание правых приводит к росту доли В_у. Однако применение широко распространенной асимметричной ошиновки с распределением тока по сторонам, % , левая 38-17 правая 40-10 - не дает удовлетворительной компенсации магнитного поля соседнего ряда электролизеров. Однако можно часть тока (9-10% ) с группы катодных стержней правой стороны отдельным пакетом шин перебросить на левую с тем, чтобы увеличить превышение тока в катодных пакетах левой стороны до 25-27% , а в конце продольной стороны вернуть эту часть тока через отдельный стояк на анодную шину правой стороны, сохранив таким образом баланс по анодным шинам и токоведущим штырям левой и правой частей анода.

Предлагаемая схема ошиновки на фиг. 5 имеет характеристики магнитного поля, указанные в табл. 2 и 3. Сравнение этой схемы со схемами на фиг. 3 и 4 позволяет сделать вывод, что вынос всех стояков на продольные стороны и применение асимметричной ошиновки с переброской части тока с правой стороны на левую позволит значительно улучшить распределение В_у и В_z за счет уменьшения и симметризации их значений по торцам и углам электролизера. Схема на фиг. 5 позволит уменьшить среднее значение В_у до 16х10^-4 Тл, снизить среднее значение В_у в углах с 35 до 25х10^-4 Тл, достичь хорошей ассимметрии между торцами - 11х10^-4 Тл. При этом снижается среднее значение В нескомпенсиров. с 14,4 до 10,3х10^-4 Тл и намного улучшается ее симметрия В несколько уменьшается со 100 до 19х10^-4 Тл).

Последние исследования и испытания опытных электролизеров на алюминиевых заводах показали, что для достижения выхода по току свыше 85-86% необходимо существенно снизить абсолютные значения поперечной составляющей магнитной индукции В_у.

На фиг. 6 приведена зависимость выхода по току от величины средних значений поперечной составляющей магнитной индукции, полученная для действующих опытных электролизеров с различными схемами ошиновки.

Испытанные электролизеры на числу тока 175 кА обожженными анодами ОА-175 МЗ с двумя вынесенными на продольные стороны стояками (схема на фиг. ) имеют средние значения Ву около 40х10^-4 Тл (график, поз. А), в то время, как электролизеры ОА-175 М2 с рядовой наклонной ошиновкой 60х10^-4 Тл (поз. В).

Вынос стояков на продольные стороны позволил увеличить выход по току на электролизерах ОА-175 МЗ до 91% , против 85,5% у ОА-175 М2.

Испытаны электролизеры на силу тока 175 кА с самообжигающимися анодами ВТ-175 М1 (поз. С) рядов асимметричной ошиновкой и ВТ-175 М2 (поз. Д) с ошиновкой, аналогичной ОА-175 М2. Эти электролизеры имеют В_у ср. и выход по току 60х10^-4 Тл, 50х10^-4 Тл и 82% , 85% соответственно.

Таким образом, выявлены отдельные зависимости выхода по току от поперечной составляющей магнитной индукции В_у ср. = f(В_уср) для электролизеров с обожженными (линии I) и самообжигающимися анодами (линии II).

Предлагаемая схема ошиновки с выносом всех четырех стояков на продольные стороны по расчетам на ЭВМ имеет В_уср. около 35х10^-4 Тл. Экстраполируя зависимость = f(B_уср), получаем, что выход по току на электролизере с самообжигающимся анодом с предложенной схемой ошиновки достигнет 89% против 82-85% у устройства - прототипа, а при обожженных анодах предложенная схема позволяет достигнуть выход по току, равный 92,5% (в прототипе - 82-85% ).

Кроме того, использование пространства, освобождающееся после вынесения стояков из межторцевого пространства для увеличения размеров электролизера и повышения его мощности, позволит поднять силу тока на 10-12% и увеличить общую производительность на 150-170 кг/сутки при самообжигающемся аноде и на 200-210 мг/сутки при обожженном аноде.

Прирост производительности у электролизеров самообжигающимися анодами несколько уступает электролизерам с обожженными анодами в связи с тем, что они имеют большие габариты и соответственно менее благоприятную газогидродинамику, тепломассоперенос и электросопротивление.

(56) Патент СССР N 738518, кл. С 25 С 3/16, 1980.