устройство для электропитания последовательно соединенных алюминиевых электролизеров

Формула изобретения

1. Устройство для электропитания последовательно соединенных алюминиевых электролизеров преимущественно при их двухрядном расположении в корпусе, содержащее для каждого электролизера два стояка, расположенные на продольных сторонах электролизера симметрично относительно его середины, два стояка, расположенные симметрично во входном торце электролизера, две катодные сборные шины, расположенные на каждой продольной стороне электролизера, катодные стержни, расположенные со стороны входного торца, соединены с катодными сборными шинами, соединенными со стояками, расположенными во входном торце последующего электролизера, катодные стержни, расположенные со стороны выходного торца, соединены с катодными сборными шинами, соединенными со стояками, расположенными на продольных сторонах последующего электролизера, анодные шины, соединенные своим началом со стояками, расположенными во входном торце электролизера, а серединой - со стояками, расположенными на продольной стороне электролизера, и шину для компенсации влияния магнитного поля соседнего ряда электролизеров, отличающееся тем, что шина для компенсации огибает электролизер по периметру со стороны входного торца и подключена входным концом к части катодных стержней, расположенных на противоположной от соседнего ряда электролизеров стороне, а выходным концом - к стояку, расположенному во входном торце на противоположной от соседнего ряда стороне последующего в серии электролизера.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что к каждому из стояков подключено одинаковое или близкое к одинаковому количество катодных стержней.

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. С 25 С 3/16, 1978).

Недостатком указанной ошиновки является то, что в ее конструкции отсутствуют элементы, позволяющие компенсировать вредное влияние магнитного поля соседнего ряда электролизеров. Поэтому она не может быть использована на электролизерах при двухрядном расположении их в корпусе. Эксплуатация электролизеров с данной ошиновкой при однорядном расположении в корпусе требует больших капитальных затрат на здания и внешние шинопроводы между соседними корпусами серии электролизеров и выпрямительной подстанцией, чем на серии электролизеров при двухрядном расположении их в корпусе электролиза. Чтобы уменьшить наводку магнитного поля соседнего корпуса электролизеров до приемлемых пределов необходимо, чтобы расстояние между корпусами в серии при однорядном расположении электролизеров в корпусе было не менее 60-80 метров.

Наиболее близкой по достигаемому эффекту к предлагаемому в настоящей заявке 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 последующего 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. С 25 С 3/16, 1995).

Недостатком данного устройства для электропитания электролизеров являются то, что оно создает несимметричное, относительно продольной оси электролизера, вертикальное (Bz) магнитное поле из-за неэффективной компенсации влияния магнитного поля соседнего ряда электролизеров, также неэффективным является использование системы электропитания шины для компенсации влияния соседнего ряда электролизеров.

Несимметричная 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 генерируется вертикальное магнитное поле (Bz), направленное вверх. Шина для компенсации влияния магнитного поля соседнего ряда электролизеров, расположенная с внешней стороны серии, ток в которой направлен по ходу часовой стрелки, создает в расплаве каждого электролизера поле по компоненте Bz, направленное вниз. Таким образом, обеспечивается компенсация влияния магнитного поля соседнего ряда электролизеров.

Поле от проводника с током распространяется по экспоненциальной зависимости. Однако в связи с относительно большим расстоянием между рядами электролизеров поле по Bz компоненте от соседнего ряда в расплаве электролизера изменяется почти по линейному закону. Магнитное поле по Bz от компенсационной шины, расположенной близко к расплаву, распространяется по экспоненциальной зависимости. При сложении обоих полей симметричной компенсации вертикального поля, относительно продольной оси электролизера, не происходит. 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 шина для компенсации подключена к отдельной системе электропитания и ток, проходящий по ней, выполняет только функцию компенсации влияния магнитного поля соседнего ряда, не участвуя в электрохимическом процессе производства алюминия. Данное техническое решение требует дополнительных капитальных затрат на систему питания шины для компенсации влияния соседнего ряда и дополнительные расходы на ее эксплуатацию.

Задачей настоящего изобретения является повышение технико-экономических показателей работы алюминиевых электролизеров.

Техническим результатом является создание МГД-устройствого электролизера за счет эффективной компенсации вредного влияния соседнего ряда электролизеров и благоприятного распределения магнитного поля в расплаве.

Технический результат достигается за счет того, что устройство для электропитания последовательно соединенных электролизеров, преимущественно при их двухрядном расположении в корпусе, содержащее для каждого электролизера два стояка, расположенные на продольных сторонах электролизера симметрично относительно его середины, два стояка, расположенные симметрично во входном торце электролизера, две катодные сборные шины, расположенные на каждой продольной стороне электролизера, катодные стержни, расположенные со стороны входного торца, соединены с катодными сборными шинами, соединенными со стояками, расположенными во входном торце последующего электролизера, катодные стержни, расположенные со стороны выходного торца, соединены с катодными сборными шинами, соединенными со стояками, расположенными на продольных сторонах последующего электролизера, анодные шины, соединенные своим началом со стояками, расположенными во входном торце электролизера, а серединой - со стояками, расположенными на продольной стороне электролизера, и шину для компенсации влияния магнитного поля соседнего ряда электролизеров, при этом шина для компенсации огибает электролизер по периметру со стороны входного торца и подключена входным концом к части катодных стержней, расположенных на противоположной от соседнего ряда электролизеров стороне, а выходным концом - к стояку, расположенному во входном торце на противоположной от соседнего ряда стороне последующего в серии электролизера. К каждому из стояков подключено одинаковое, или близкое к одинаковому, количество катодных стержней.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство для электропитания последовательно соединенных алюминиевых электролизеров. На фиг. 2 - расчетные графики вертикального магнитного поля электролизера по изобретению.

Устройство для электропитания показано на фиг. 1 для катодного устройства одного электролизера и анодного устройства последующего в серии электролизера. Направление тока серии символически обозначено с помощью стрелки. Устройство содержит два стояка 1, расположенных на продольных сторонах электролизера, два других стояка 2, расположенных во входном торце электролизера, две катодные сборные шины 3 и 4, расположенные на каждой продольной стороне электролизера, часть катодных стержней электролизера, расположенных со стороны входного торца, соединена с первыми катодными сборными шинами 4, часть катодных стержней электролизера, расположенных со стороны выходного торца, соединена со вторыми катодными сборными шинами 3, катодные сборные шины 4 соединены со стояками 2, катодные сборные шины 3 соединены со стояками 1, стояки 2 соединены с началом анодных шин 5, стояки 1 - с серединой анодных шин 5, устройство снабжено шиной 7 для компенсации влияния магнитного поля соседнего ряда электролизеров, которая огибает ванну электролизера по периметру со стороны входного торца и подключена входным концом к части блюмсов 6, а выходным концом - к анодному стояку 2, расположенному во входном торце на противоположной от соседнего ряда стороне последующего в серии электролизера, к каждому из анодных стояков подключено одинаковое, или близкое к одинаковому, количество катодных стержней. Стрелкой 8 показан соседний ряд электролизеров.

Устройство работает следующим образом. Ток с катодных стержней поступает в сборные катодные шины 3 и 4. От сборных катодных шин 4 ток передается в анодные стояки 2, а от сборных катодных шин 3 - в анодные стояки 1 последующего в серии электролизера. Ток посредством анодных стояков 2 поступает во входные торцы анодных шин 5, а посредством анодных стояков 1 - в середину анодных шин 5. В расплаве рассматриваемого электролизера от соседнего ряда ванн 8 создается вертикальное, направленное вверх магнитное поле, которое увеличивает абсолютное значение вертикального поля в отдельных областях расплава и нарушает его симметрию относительно осей ванны. Указанное воздействие магнитного поля от соседнего ряда электролизеров оказывает отрицательное влияние на магнитогидродинамическую стабильность электролизера и технико-экономические показатели его работы. С целью компенсации магнитного поля в расплаве от соседнего ряда электролизеров устройство содержит компенсационную шину 7, которая огибает ванну в рассматриваемом примере по ходу часовой стрелки и создает в расплаве вертикальное магнитное поле противоположного направления полю от соседнего ряда электролизеров. Компенсационную шину питает группа катодных стержней, подключенных к сборной катодной шине 6, количество которых определяется с помощью физического или математического моделирования для конкретной серии электролизеров. При этом учитывается сила тока серии, расстояние между соседними рядами электролизеров. Данное техническое решение может быть использовано для модернизации ошиновок действующих серий электролиза. Компенсационная шина 7 огибает ванну на 3/4 ее периметра и уменьшает количество тока, проходящего по катодной ошиновке стороны, противоположной от соседнего ряда, тем самым обеспечивается эффективная компенсация магнитного поля от соседнего ряда электролизеров. Кроме того, предложенная схема расположения анодных стояков и одинаковое количество тока в них создают условия для антисимметричной картины вертикального магнитного поля в металле, не превышающего величину в 30 Гаусс, и симметричное поперечное магнитное поле не более 60 Гаусс.

На фиг. 2 показано расчетное (с учетом влияния ферромагнитных масс) вертикальное (Bz) магнитное поле в электролизере по данному изобретению. Как видно на чертеже, предлагаемое техническое решение обеспечивает вертикальное магнитное поле с 3-разовой переменой знака направления поля на каждой стороне. Антисимметрия вертикального поля создает условия для образования 8 контуров циркуляции металла, симметричных относительно планарных осей ванны, с малыми скоростями, т. к. индукция поля по Bz не превышает 30 Гаусс. Перечисленные преимущества обеспечат магнитогидродинамическую (МГД) устойчивость электролизера для работы его с высокими технико-экономическими показателями при силе тока до 220 кА. Наличие 8 симметричных контуров циркуляции в ванне при малых скоростях позволит создать равномерное тепловое поле, тем самым обеспечить стабильность технологического режима.