ошиновка электролизера для получения алюминия

Формула изобретения

ОШИНОВКА ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНИЯ при поперечном расположении в корпусе, содержащая сборные шины с катодными спусками, установленные вдоль входной и выходной продольных сторон электролизера, в которой анодная ошиновка соединена с предыдущим электролизером посредством равноотстоящих стояков, расположенных на его входной стороне, через который протекают одинаковые токи так, что каждый стояк питает анодную ошиновку в точке, вокруг которой симметрично расположено одинаковое количество анодов, при этом крайние стояки соединены с крайними сборными шинами входной стороны электролизера пакетами шин, расположенными вдоль торцевых сторон, каждый из которых передает 35% тока входной стороны, и со сборными шинами выходной стороны электролизера, а средние стояки соединены со средними сборными шинами входной стороны пакетами шин, размещенными симметрично под днищем электролизера, каждый из которых передает 15% тока входной стороны, и со сборными шинами выходной стороны, отличающаяся тем, что с целью повышения выхода алюминия по току, пакеты катодных шин, проходящие под днищем, приближены на входной стороне к торцам электролизера, а на выходной стороне - к ее середине.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к производству алюминия методом электролиза расплавленных криолитовых солей, преимущественно в электролизерах с поперечным расположением в корпусе электролиза.

Известна ошиновка алюминиевого электролизера при поперечном расположении в корпусе, содержащая сборные шины с катодными спусками, установленными вдоль входной и выходной продольных сторон электролизера, стояки, расположенные с входной стороны и соединенные со сборными шинами пакетами шин, размещенными вдоль торцовых сторон и под днищем электролизера, частично параллельно его осям. Данная ошиновка не обеспечивает во всем объеме расплава электролизера вертикальную составляющую магнитного поля меньше 15х10^-4 Т (15 Гс). Для электролизеров мощностью 250-320 кА это является причиной возникновения в расплаве различных магнитогидродинамических (МГД) явлений, неблагоприятно влияющих на их работу.

Наиболее близкой к изобретению 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 равноотстоящих стояков, расположенных на его входной стороне, через которые протекают одинаковые токи таким образом, что каждый стояк питает анодную ошиновку в точке, вокруг которой симметрично расположено одинаковое количество анодов, при этом крайние стойки соединены с крайними сборными шинами входной стороны электролизера пакетами шин, расположенными вдоль торцовых сторон, каждый из которых передает 35% тока входной стороны, и со сборными 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, каждый из которых передает 15% тока входной стороны, и со сборными шинами выходной стороны электролизера.

Одним из условий создания сбалансированного поля объемных электромагнитных сил в расплаве электролизера и соответственно малых скоростей его циркуляции является требование симметрии вертикальной составляющей В_z относительно осей электролизера с изменением знака направления при переходе через продольную и поперечную оси.

Недостатком известной ошиновки является то, что она не обеспечивает изменение знака направления вертикальной составляющей поля при переходе через поперечную оси Y, а только при переходе через продольную ось Х - (при поперечном расположении электролизеров в корпусе). Указанный недостаток обусловливает двухконтурную картину циркуляции расплава в электролизере с относительно повышенными скоростями вращения, что неблагоприятно отражается на выходе по току.

Цель изобретения - повышение выхода по току за счет снижения воздействия магнитного поля на катодный алюминий.

Указанная цель достигается тем, что пакеты катодных шин, проходящие под днищем на входной стороне приближены к торцам электролизера, а на выходной стороне - к ее середине.

На фиг. 1 представлена схема ошиновки электролизера; на фиг. 2 - расположение проводников в пространстве при условии равного распределения тока по стоякам; на фиг. 3 - ситуация, когда ток под днищем электролизера сразу передан от торцов входной стороны к средним анодным стоякам выходной стороны; на фиг. 4-6 - результаты расчетов по наиболее ответственным за гидродинамику составляющим; на фиг. 7 - взаимодействие токов с вертикальной составляющей магнитного поля в ошиновке-прототипе; на фиг. 8 - четырехконтурная схема циркуляции расплава в предлагаемом техническом решении.

Ошиновка включает в себя анодные стояки 1, расположенные вдоль продольной выходной стороны электролизера, сборные шины 2 и 3 с катодными спусками (2 - средние с входной стороны, 3 - крайние с входной стороны), сборные шины 4-6 выходной стороны, пакеты катодных шин 7, расположенные под днищем электролизера, и пакеты 8, размещенные вдоль торцов электролизера. Крайние стояки 1 соединены с крайними сборными шинами 3 входной стороны пакетами шин 8 и со сборными шинами выходной стороны. Средние стояки 1 подключены к средним сборным шинам 2 входной стороны пакетами шин 7 и к сборным шинами 5 и 6 выходной стороны. Стояки 1 подключены к анодным шинам 9 последующего электролизера в точках 10.

Ошиновка работает следующим образом.

Посредством катодных спусков ток передается на сборные катодные шины 2-6 и по пакетам шин 7 и 8 поступает в стояки 1 следующего в серии поперечного электролизера. При этом по пакетам 7 передается 15% , а по пакетам 8 - 35% тока входной стороны. Через анодные стояки 1 проходит равное количество тока. Каждый стояк 1 питает анодную шину 9 в точке 10, вокруг которой симметрично расположено одинаковое количество анодов.

Распределение тока в анодных шинах 9 играет существенную роль в формировании магнитного поля в расплаве электролизера по вертикальной В_z, а особенно по продольной В_х составляющим (при поперечном расположении электролизеров в корпусе). Одинаковое количество тока в анодных стояках, симметричное расположение равного количества анодов вокруг точки 10 обеспечивает минимально возможные в этих условиях токи в анодной шине 9, которым соответствуют небольшие величины В_х и В_z составляющих в расплаве, вызываемые этими токами, симметрию этих составляющих относительно осей электролизера.

Как видно из фиг. 1 в сборных катодных шинах 2 и 3 на входной стороне ток направлен от середины электролизера к его торцам. На выходной стороне электролизера ток в сборных шинах 4 и 5, а также в участке пакетов шин 8 направлен в противоположную сторону, т. е. от торцов электролизера к его середине. В связи с последовательным расположением электролизеров сборные шины 2 и 3 входной стороны каждого электролизера находятся в непосредственной близости от сборных шин 4 и 5 и участков пакетов шин 8 выходной стороны предыдущего электролизера. Как известно, вокруг параллельных проводников, в которых ток направлен в противоположные стороны, магнитные поля взаимно компенсируются. Поэтому указанное расположение шин 2, 3, 4, 5 и 8 обеспечивает невысокие величины вертикальной В_z составляющей в расплаве электролизеров.

Наличие пакетов катодных шин 8, расположенных вдоль торцов электролизера, и пакетов катодных шин 7, проходящих под его днищем, а также обусловленное признаком распределение тока в этих проводниках обеспечивает симметрию вертикального магнитного поля В_z входной стороны относительно выходной стороны и равномерное (без больших градиентов) распределение поля по вертикальной составляющей во всем объеме расплава. Какое-либо другое распределение тока по шинам 7 и 8 или местоположение шин 7, отличное от прототипа и предлагаемого решения, приводит к нарушению симметрии поля по вертикальной составляющей относительно поперечной оси электролизера или увеличивает неравномерность распределения поля по Вz в объеме расплава.

В ошиновке-прототипе пакеты катодных шин, проходящие под днищем располагаются под катодными блоками, наиболее близко расположенными к торцам электролизера, т. е. эти проводники параллельны продольной оси электролизера. Ток, передаваемый этими шинами в количестве 15% всего тока входной стороны, выводится из-под днища в крайние стояки последующего электролизера. Так как по условию равного распределения тока по стоякам, крайние стойки уже почти полностью запитаны необходимым количеством тока, то часть тока от крайних стояков передается в средние стояки. Указанное расположение проводников в пространстве относительно расплава представлено на фиг. 2, где видно, что в соответствии с правилом "буравчика" эти проводники создают в расплаве на выходной правой стороне электролизера - положительное, а на выходной левой - отрицательное по направлению вертикальное В_z магнитное поле.

Если ток под днищем электролизера сразу передать от торцов входной стороны к средним анодным стоякам на выходной стороне, как это показано на фиг. 3, то знаки направления вертикального магнитного поля на выходной стороне изменяться на противоположные, в результате чего обеспечивается знакопеременность В_z при переходе через поперечную ось электролизера и тем самым устраняется недостаток ошиновки-прототипа.

Составляющие векторы магнитной индукции рассчитаны на 1ВМ РС/АТ в плоскости среднего уровня металла с помощью математической модели, разработанной институтом ВАМИ. При расчетах учтено влияние магнитного поля соседних электролизеров.

Для большей наглядности результаты расчетов по наиболее ответственным за гидродинамику составляющим показаны на фиг. 4. Здесь же представлена схема расположения точек, в которых определялось магнитное поле. На графиках видно, что ошиновка-прототип и ошиновка по предлагаемому решению обеспечивают во всех точках расплава магнитное поле, не превышающее величину 15 Гс по продольной В_х и вертикальной В_z составляющим. При этом создается высокая степень симметрии поля относительно осей ванны. В отличии от ошиновки-прототипа заявляемая ошиновка обеспечивает знакопеременность вертикальной В_z составляющей при переходе через обе планарные оси электролизера.

Как известно, в расплавленном металле электролизера имеют место горизонтальные токи, направленные от центра к периферии, обусловленные особенностями конструкции катодного устройства. При взаимодействии этих токов с вертикальной составляющей магнитного поля, создаваемого ошиновкой-прототипом, в ванне электролизера образовываются два контура циркуляции расплава, как это показано на фиг. 5. Предлагаемая ошиновка обеспечивает четырехконтурную схему циркуляции расплава, как это показано на фиг. 6.

Результатами численного и физического эксперимента установлено, что для стабилизации режима работы алюминиевого электролизера циркуляционные течения жидкого металла должны обладать симметрией относительно осей ванны и многоконтурностью.

Таким образом, предлагаемая ошиновка обеспечивает спокойное состояние расплава, меньшую концентрацию тумана алюминия в электролите, соответственно больший выход по току, чем ошиновка-прототип. (56) Патент Франции N 2552782, кл. С 25 С 3/08, 1985.