устройство для электропитания последовательно соединенных алюминиевых электролизеров

Формула изобретения

1. Устройство для электропитания последовательно соединенных алюминиевых электролизеров при их продольном расположении в корпусе, содержащее анодные шины, стояки, катодные стержни, пакеты катодных шин, шину для компенсации влияния магнитного поля соседнего ряда электролизеров, при этом стояки расположены у входного торца и на середине продольных бортов катодного кожуха, катодные стержни разделены на группы, каждая из которых соединена с самостоятельным пакетом катодных шин, пакеты катодных шин групп стержней, ближайших к входному торцу катодного кожуха, соединены со стояками, расположенными у входного торца последующего в серии электролизера, а остальные группы катодных стержней - со стояками, расположенными на середине продольных бортов катодного кожуха последующего в серии электролизера, стояки, расположенные у борта, соединены с анодной шиной в ее середине, шина для компенсации влияния магнитного поля соседнего ряда электролизеров расположена на уровне пакетов катодных шин с внешней стороны обоих рядов электролизеров и ток в ней направлен в сторону, противоположную направлению тока в серии, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительной шиной для компенсации влияния магнитного поля соседнего ряда электролизеров, которая расположена на уровне пакетов катодных шин с внутренней стороны обоих рядов электролизеров и соединена последовательно с шиной компенсации, при этом ток в ней направлен по ходу тока в серии.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что шины для компенсации включены в цепь питания серии электролизеров.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому получению алюминия в электролизерах, размещенных в корпусе продольно в два ряда и соединенных друг с другом в последовательную электрическую цепь.

Соединение электролизеров осуществляется системой токопроводящих шин, одним из основных требований к которой является обеспечение в расплаве оптимального магнитного поля, оказывающего минимальное отрицательное влияние на технологический процесс.

Известна ошиновка алюминиевых электролизеров при их продольном расположении в корпусе, содержащая анодные шины, стояки, расположенные у входного торца и на середине бортов катодного кожуха, и катодные стержни, разделенные на группы, каждая из которых соединена с самостоятельным пакетом катодных шин, пакеты катодных шин групп стержней, ближайших к входному торцу катодного кожуха, соединены со стояками, расположенными у входного торца последующего электролизера, а остальные группы катодных стержней - со стояками, расположенными на середине бортов катодного кожуха последующего электролизера, стояки, расположенные у борта, соединены с анодной шиной в ее середине (СССР, патент 738518, кл. C 25 C 3/16, 1978).

Недостатком указанного технического решения является то, что оно не может быть использовано на электролизерах при двухрядном расположении их в корпусе в связи с отсутствием в конструкции ошиновки элементов, позволяющих компенсировать вредное влияние магнитного поля соседнего ряда электролизеров. Эксплуатация электролизеров с данной ошиновкой при однорядном расположении в корпусе нецелесообразна из-за высоких капитальных затрат на здания и внешние шинопроводы между соседними корпусами серии электролизеров. Чтобы обеспечить наводку магнитного поля соседнего корпуса электролизеров в приемлемых пределах необходимо, чтобы расстояние между корпусами в серии было не менее 50-70 м.

Наиболее близкой по достигаемому эффекту к предлагаемому техническому решению является устройство для электропитания последовательно соединенных электролизеров, преимущественно при двухрядном расположении в корпусе, с двумя стояками, расположенными на продольных сторонах электролизера симметрично относительно ее середины, с двумя другими стояками, расположенными симметрично во входном торце электролизера, с двумя катодными сборными шинами, расположенными на каждой продольной стороне электролизера, причем часть катодных стержней электролизера, расположенных со стороны входного торца, соединена с первыми катодными сборными шинами, часть катодных стержней электролизера, расположенных со стороны выходного торца, соединена со вторыми катодными сборными шинами, первые катодные сборные шины электролизера соединены со стояками, расположенными во входном торце последующего электролизера, вторые катодные сборные шины электролизера соединены со стояками, расположенными на продольных сторонах полследующего электролизера, стояки, расположенные во входном торце электролизера, соединены с началом анодных шин, стояки, расположенные на продольной стороне электролизера - с серединой анодных шин, устройство снабжено шиной для компенсации влияния магнитного поля соседнего ряда электролизеров, которая расположена на уровне катодных сборных шин с внешней стороны обоих рядов электролизеров, причем шина для компенсации подсоединена к отдельной системе электропитания. (RU, патент 2092622, кл. C 25 C 3/16, 1995). Эта ошиновка выбрана прототипом.

Недостатками данного технического решения являются неполная компенсация влияния магнитного поля соседнего ряда электролизеров и неэффективное использование системы электропитания шины для компенсации влияния соседнего ряда электролизеров.

Неполная компенсация влияния соседнего ряда электролизеров обусловлена следующими причинами. При протекании тока по серии против хода часовой стрелки (вид сверху) в расплаве каждого электролизера от соседнего ряда будет генерироваться вертикальное магнитное поле (Bz), направленное вверх. Шина для компенсации влияния магнитного поля соседнего ряда электролизеров, расположенная с внешней стороны серии, ток в которой направлен против хода часовой стрелки, будет создавать в расплаве каждого электролизера поле по компоненте Bz, направленное вниз. Таким образом обеспечивается компенсация влияния магнитного поля соседнего ряда электролизеров. Однако в связи с тем, что поле от соседнего ряда электролизеров и от компенсационной шины распространяется по экспоненциальной зависимости, при сложении обоих полей полной компенсации вертикального поля не произойдет. Если подобрать силу тока в компенсационной шине такой величины, чтобы обеспечить полную компенсацию поля в расплаве от соседнего ряда в середине по продольной оси (X) ванны, то на ближней половине ванны от соседнего ряда поле по компоненте Bz будет перекомпенсировано, а на противоположной - недокомпенсировано. В результате вертикальное поле будет асимметричным относительно оси X, что отрицательно отразится на магнитогидродинамической (МГД) стабильности расплава и технико-экономических показателях работы электролизера.

Неэффективное использование системы электропитания шины для компенсации влияния соседнего ряда электролизеров обусловлено тем, что в соответствии с техническим решением прототипа шина для компенсации подсоединена к отдельной системе электропитания и ток, проходящий по ней, выполняет только функцию компенсации влияния магнитного поля соседнего ряда, не участвуя в электрохимическом процессе получения алюминия. При реализации данного технического решения потребуются дополнительные капитальные затраты на систему питания шины для компенсации влияния соседнего ряда и дополнительные расходы на ее эксплуатацию.

Задачей настоящего изобретения является создание МГД-устойчивого электролизера за счет эффективной компенсации вредного влияния соседнего ряда электролизеров и благоприятного распределения магнитного поля в расплаве, а также эффективного использования системы электропитания шин для компенсации влияния соседнего ряда электролизеров.

Решение задачи обеспечивается за счет того, что устройство для электропитания последовательно соединенных алюминиевых электролизеров при их продольном расположении в корпусе, содержащее анодные шины, стояки, катодные стержни, пакеты катодных шин, шину для компенсации влияния магнитного поля соседнего ряда электролизеров, при этом стояки расположены у входного торца и на середине продольных бортов катодною кожуха, катодные стержни разделены на группы, каждая из которых соединена с самостоятельным пакетом катодных шин, пакеты катодных шин групп стержней, ближайших к входному торцу катодного кожуха, соединены со стояками, расположенными у входного торца последующего в серии электролизера, а остальные группы катодных стержней - со стояками, расположенными на середине продольных бортов катодного кожуха последующего в серии электролизера, стояки, расположенные у борта, соединены с анодной шиной в ее середине, шина для компенсации влияния магнитного поля соседнего ряда электролизеров расположена на уровне пакетов катодных шин с внешней стороны обоих рядов электролизеров и ток в ней направлен в сторону, противоположную направлению тока в серии, устройство снабжено дополнительной шиной для компенсации влияния магнитного поля соседнего ряда электролизеров, которая расположена на уровне пакетов катодных шин с внутренней стороны обоих рядов электролизеров и соединена последовательно с шиной компенсации, при этом ток в ней направлен по ходу тока в серии, при этом шины для компенсации включены в цепь питания серии электролизеров.

На фиг. 1 изображен вид сверху предлагаемого электролизера; на фиг. 2 - принцип расположения нескольких электролизеров с компенсационными шинами и схема подключения электролизеров и компенсационных шин к системе электропитания; на фиг. 3 представлены графики компенсации вертикального магнитного поля по прототипу; на фиг. 4 представлены графики компенсации вертикального магнитного поля по заявке.

Схема ошиновки показана на фиг. 1 для катодного устройства одного электролизера и анодного устройства последующего в серии электролизера. Направление тока серии символически обозначено с помощью стрелки. Ошиновка содержит анодные шины 1, стояки, расположенные у входного торца 2 и на середине продольных бортов катодного кожуха 3, группы катодных стержней 4 и 5, соединенные с самостоятельным пакетом катодных шин 6 и 7, группы стержней, ближайших к входному торцу катодного кожуха 4, соединены со стояками 2, расположенными у входного торца последующего в серии электролизера, а остальные группы катодных стержней 5 - со стояками 3, расположенными на середине продольных бортов катодного кожуха последующего в серии электролизера, стояки 3, расположенные у борта, соединены с анодной шиной 1 в ее середине.

На фиг. 2 показано, что ошиновка каждого электролизера 8 серии снабжена шиной 9 для компенсации влияния магнитного поля соседнего ряда электролизеров, которая расположена на уровне катодных сборных шин с внешней стороны обоих рядов электролизеров, ток в ней направлен в сторону, противоположную направлению тока в серии, ошиновка оснащена дополнительной шиной 10 для компенсации влияния магнитного поля соседнего ряда электролизеров, которая расположена на уровне катодных сборных шин с внутренней стороны обоих рядов электролизеров и соединена последовательно с шиной для компенсации 9, ток в дополнительной компенсационной шине 10 направлен по ходу тока в серии, шины для компенсации 9 и 10 включены в цепь системы питания 11 серии электролизеров.

Устройство работает следующим образом.

Ток от системы питания 11 поступает в серию последовательно включенных электролизеров 8 и в последовательно подключенные компенсационные шины 9 и 10. После прохождения по компенсационным шинам 9 и 10 ток поступает в серию электролизеров 8. В расплаве каждого электролизера 8 от соседнего ряда создается вертикальное, направленное вверх магнитное поле. Компенсационные шины 9 и 10 создают в расплаве каждого электролизера вертикальное магнитное поле, одинаковое по величине и противоположное по направлению полю от соседнего ряда электролизеров, тем самым, обеспечивая компенсацию влияния магнитного поля соседнего ряда. Каждый электролизер обеспечен симметричной относительно продольной оси X ошиновкой. Ток с групп катодных стержней 4, расположенных на входной половине электролизера, по пакетом катодных шин 6, передается в анодные стояки 2, расположенные во входном торце последующего в серии электролизера, ток со стояков 2 поступает во входные торцы анодных шин 1. Ток с групп катодных стержней 5, расположенных на выходной половине электролизера, по пакетам катодных шин 7 передается в анодные стояки 3, расположенные на середине продольных сторон последующего в серии электролизера, ток со стояков 3 поступает в середину анодных шин 1.

Описанная ошиновка, в связи с простотой конструкции, имеет преимущество по сравнению с другими ошиновками, заключающееся в том, что она может быть изготовлена из шин малого веса с небольшими капитальными затратами. Недостатком ошиновки является то, что симметричная ошиновка не может обеспечивать компенсацию вредного влияния магнитного поля соседнего ряда электролизеров. В соответствии с прототипом эта компенсация обеспечивается шиной 9, которая располагается на уровне катодных сборных шин на противоположной соседнему ряду стороне. По компенсационной шине протекает постоянный ток, составляющий примерно 25% силы тока серии. Направление тока в компенсационной шине противоположно направлению тока в серии. Шина для компенсации подсоединена к отдельной системе электрического питания. Рассчитанная кривая 12 на фиг. 3 отражает вертикальное магнитное поле от соседнего ряда электролизеров, кривая 13 - это наложение вертикального магнитного поля от компенсационной шины по техническому решению прототипа, кривая 14 - суммарное магнитное поле в электролизере от соседнего ряда и от компенсационной шины. Как видно, техническое решение, заложенное в прототипе, не обеспечивает полной компенсации влияния соседнего ряда электролизеров. На ближней к соседнему ряду стороне ванны магнитное поле от соседнего ряда недокомпенсировано на 14,610^-4 Тесла, а на противоположной стороне ванны - перекомпенсировано на 31,510^-4 Тесла. Кроме того, в связи с тем, что компенсационная шина подсоединена к отдельной системе электропитания, мощность этой системы используется нерационально. Для реализации технического решения по прототипу требуются затраты на систему электропитания шины для компенсации и эксплуатационные затраты на обслуживание системы питания компенсационной шины.

В настоящей заявке предлагается установить дополнительную компенсационную шину 10, которая располагается на уровне катодных сборных шин на ближайшей к соседнему ряду стороне. Шину 10 подключить последовательно к шине 9. К дополнительной компенсационной шине 10 и компенсационной шине 9 подключить постоянный ток, составляющий примерно 12% силы тока серии. Компенсационные шины 9 и 10 подключить в систему питания электролизеров серии 8. Кривая 12 на фиг. 4 отражает вертикальное магнитное поле от соседнего ряда электролизеров, кривая 13 - это наложение вертикального магнитного поля от компенсационных шин 9 и 10 по настоящей заявке, кривая 14 - суммарное магнитное поле в электролизере от соседнего ряда и от компенсационных шин. Техническое решение по заявке обеспечивает более полную компенсацию влияния соседнего ряда электролизеров. Нескомпенсированность поля соседнего ряда электролизеров не превышает 8.910^-4 Тесла, что обеспечивает лучшие показатели по магнитному полю в расплаве электролизеров по сравнению с прототипом, а значит более высокие технико-экономические показатели их работы. Включение компенсационных шин в схему питания электролизеров позволяет снизить капитальные и эксплуатационные затраты на систему питания серии электролизеров при реализации настоящего технического решения по сравнению с прототипом.