RU2318925C1 - Busbar of powerful aluminum cells - Google Patents

Abstract

FIELD: non-ferrous metallurgy, namely busbar of powerful aluminum cells arranged crosswise in housing.

SUBSTANCE: busbar of powerful aluminum cells arranged crosswise in housing includes collecting buses with cathode outputs at inlet and outlet sides of cathode casing and anode struts. Electric current feed from inlet side is realized through buses under bottom of cell to anode struts arranged at inlet side of next cell. Along ends of cell compensation buses are laid; electric current direction in compensation buses coincides with electric current direction in cell. Compensation buses are arranged by inclination angle relative to axis of cell or in vertical and(or) horizontal plane. If compensation buses are arranged in vertical plane they raise from inlet lengthwise side to outlet side. If compensation buses are arranged in horizontal plane they are placed nearer to end of outlet side of cell than to end of inlet side.

EFFECT: improved efficiency of powerful aluminum cells at high degree of compensation of electromagnetic forces in melt due to redistribution of magnetic field in it.

2 dwg

Description

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому получению алюминия в электролизерах, соединенных друг с другом в последовательную электрическую цепь, при поперечном расположении электролизеров в корпусе.The invention relates to non-ferrous metallurgy, in particular to the electrolytic production of aluminum in electrolyzers connected to each other in a series electric circuit, with the transverse arrangement of electrolyzers in the housing.

Соединение электролизеров осуществляется системой токопроводящих шин, одним из основных требований к которой является формирование в расплаве магнитного поля, которое обеспечивает минимальное отрицательное влияние на технологический процесс. Повышение запаса МГД-устойчивости алюминиевого электролизера обеспечивается формированием минимального вертикального магнитного поля в ванне электролизера. Для коррекции вертикального магнитного поля используются компенсационные шины с током, которые прокладываются вблизи электролизеров.The connection of electrolyzers is carried out by a system of conductive buses, one of the main requirements for which is the formation of a magnetic field in the melt, which provides a minimal negative impact on the process. An increase in the MHD stability margin of an aluminum electrolyzer is ensured by the formation of a minimum vertical magnetic field in the electrolyzer bath. To correct the vertical magnetic field, compensation buses with current are used, which are laid near electrolyzers.

Известно устройство (патент США №3616317, МПК С22d 3/12, 1979) по компенсации магнитного поля от соседнего ряда электролизеров, когда используется шина с током, проложенная с одной стороны электролизеров. С этой же целью используются две компенсационные шины с током в разных направлениях, расположенные по обеим сторонам электролизера (патент США №4169034, МПК С 25 С 3/16, 1979).A device is known (US patent No. 3616317, IPC C22d 3/12, 1979) for compensating the magnetic field from an adjacent row of electrolyzers when using a bus with current laid on one side of the electrolyzers. For this purpose, two compensation buses with current in different directions, located on both sides of the electrolyzer (US patent No. 4169034, IPC C 25 C 3/16, 1979), are used.

Недостатком известных технических решений является то, что они не обеспечивают компенсацию вертикального магнитного поля вдоль короткой оси электролизера и поэтому не могут быть использованы на электролизерах с поперечным расположением в корпусе большой единичной мощности (500 кА и выше) из-за недостаточной компенсации магнитного поля.A disadvantage of the known technical solutions is that they do not provide compensation for the vertical magnetic field along the short axis of the cell and therefore cannot be used on electrolyzers with a transverse arrangement in the casing of large unit power (500 kA and above) due to insufficient compensation of the magnetic field.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому техническому решению является ошиновка мощных алюминиевых электролизеров при их поперечном расположении в корпусе, содержащая сборные шины с катодными спусками на входной и выходной продольных сторонах катодного кожуха электролизера, в которой электролизер соединен с анодной ошиновкой последующего электролизера посредством анодных стояков. Передача тока с входной стороны электролизера осуществляется шинами под днищем электролизера на анодные стояки, расположенные на входной стороне последующего электролизера. Вдоль торцов катодного кожуха электролизера параллельно короткой оси расположены компенсационные шины, направление тока в которых совпадает с направлением тока в электролизере (патент Франции №738518, МПК С25С 3/16, 1978).The closest in technical essence to the proposed technical solution is the busbar of high-power aluminum electrolytic cells in their transverse arrangement in the housing, containing busbars with cathode slopes on the input and output longitudinal sides of the cathode casing of the electrolyzer, in which the electrolyzer is connected to the anode busbar of the subsequent electrolyzer by means of anode risers. The current is transmitted from the input side of the cell to the tires under the bottom of the cell to the anode risers located on the input side of the subsequent cell. Along the ends of the cathode casing of the electrolyzer, parallel to the short axis are compensation buses, the current direction in which coincides with the direction of the current in the electrolyzer (French patent No. 738518, IPC С25С 3/16, 1978).

Недостатком устройства-прототипа является также то, что оно не обеспечивает компенсацию вертикального магнитного поля вдоль короткой оси электролизера и поэтому не может быть использовано на электролизерах с поперечным расположением в корпусе большой единичной мощности (500 кА и выше) из-за недостаточной компенсации магнитного поля. МГД-устойчивость электролизера при таких значительных токах обеспечивается повышенными требованиями к конфигурации магнитного поля в ванне электролизера. Для работы электролизера в приемлемых технологических условиях требуется максимально снизить величину вертикального магнитного поля в электролизере, обеспечив компенсацию не только вдоль длинной оси, но и вдоль короткой оси электролизера близи его торцов.The disadvantage of the prototype device is that it does not compensate for the vertical magnetic field along the short axis of the cell and therefore cannot be used on electrolyzers with a transverse arrangement in the casing of large unit power (500 kA and above) due to insufficient compensation of the magnetic field. The MHD stability of the electrolyzer at such significant currents is provided by increased requirements for the configuration of the magnetic field in the electrolyzer bath. To operate the cell in acceptable technological conditions, it is necessary to minimize the vertical magnetic field in the cell, providing compensation not only along the long axis, but also along the short axis of the cell near its ends.

Задачей изобретения является разработка конструкции ошиновки для мощных электролизеров, обеспечивающей повышение МГД-устойчивости.The objective of the invention is to develop a busbar design for powerful electrolytic cells, providing increased MHD stability.

Техническим результатом изобретения является достижение высокой степени компенсации электромагнитных сил в расплаве за счет оптимизации конфигурации магнитного поля в электролизере и снижения величины вертикального магнитного поля.The technical result of the invention is to achieve a high degree of compensation of electromagnetic forces in the melt by optimizing the configuration of the magnetic field in the cell and reducing the magnitude of the vertical magnetic field.

Поставленная задача решается тем, что в ошиновке мощных алюминиевых электролизеров при их поперечном расположении в корпусе, содержащей сборные шины с катодными спусками на входной и выходной сторонах катодного кожуха и анодные стояки, передача тока с входной стороны осуществляется шинами под днищем электролизера на анодные стояки, расположенные на входной стороне следующего электролизера. Вдоль торцов электролизера проложены компенсационные шины, направление тока в которых совпадает с направлением тока в электролизере. В ошиновке, согласно предлагаемому решению, для коррекции вертикального магнитного поля вдоль короткой оси электролизера используются те же компенсационные шины, расположенные в торцах по обеим сторонам электролизера, что и для коррекции магнитного поля вдоль длинной оси электролизера. Для этого компенсационные шины располагают под углом к оси электролизера либо в вертикальной и/либо в горизонтальной плоскостях, при расположении в вертикальной плоскости компенсационные шины поднимаются от входной продольной стороны к выходной, при расположении в горизонтальной плоскости компенсационные шины располагают ближе к торцу на выходной стороне электролизера, чем на входной.The problem is solved in that in the busbar of high-power aluminum electrolytic cells with their transverse arrangement in a housing containing busbars with cathode slopes on the input and output sides of the cathode casing and anode risers, current is transmitted from the input side by buses under the bottom of the electrolyzer to the anode risers located on the input side of the next cell. Along the ends of the electrolytic cell laid compensation tires, the direction of the current in which coincides with the direction of the current in the electrolyzer. In the busbar, according to the proposed solution, for the correction of the vertical magnetic field along the short axis of the cell, the same compensation buses are used located at the ends on both sides of the cell as for the correction of the magnetic field along the long axis of the cell. To do this, the compensation tires are positioned at an angle to the axis of the cell either in the vertical and / or horizontal planes, when located in a vertical plane, the compensation tires rise from the input longitudinal side to the output side, when located in a horizontal plane, the compensation tires are placed closer to the end on the output side of the cell than at the entrance.

Сопоставительный анализ признаков заявляемого решения и признаков аналога и прототипа свидетельствует о соответствии решения критерию «новизна».A comparative analysis of the features of the proposed solution and the characteristics of the analogue and prototype indicates that the solution meets the criterion of "novelty."

Сущность изобретения поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.

На фиг.1 изображена заявляемая схема ошиновки при использовании компенсационных шин, располагающихся под углом к оси электролизера в горизонтальной плоскости; на фиг.2 показана структура вертикального магнитного поля в ванне поперечного электролизера без компенсационных шин.Figure 1 shows the claimed bus circuit when using compensation tires located at an angle to the axis of the cell in a horizontal plane; figure 2 shows the structure of the vertical magnetic field in the bath of the transverse electrolyzer without compensation tires.

Предлагаемая конструкция ошиновки электролизера включает анодные стояки 1, расположенные вдоль продольной входной стороны последующего электролизера, сборные шины с катодными спусками 2 на входной и 3 на выходной продольных сторонах электролизера. Ток с входной стороны электролизера передается с помощью шин 4, проложенных под днищем электролизера, на анодные стояки, а с выходной стороны - по шинам 5. Анодные стояки подключены к анодным шинам 6. Компенсационные шины 7 приближены к торцу электролизера на выходной стороне и удалены на входной стороне. Расположение компенсационной шины 8 по прототипу.The proposed design of the busbar of the cell includes anode risers 1 located along the longitudinal inlet side of the subsequent cell, busbars with cathodic slopes 2 at the input and 3 on the output longitudinal sides of the cell. The current from the input side of the electrolyzer is transmitted using buses 4, laid under the bottom of the electrolyzer, to the anode risers, and from the output side to the buses 5. Anode risers are connected to the anode buses 6. Compensation buses 7 are close to the end of the electrolyzer on the output side and are removed to input side. The location of the compensation tire 8 of the prototype.

Большая МГД-устойчивость электролизера связана с минимизацией вертикального магнитного поля в ванне электролизера. Отметим основные недостатки конфигурации магнитного поля при использовании ошиновки без компенсационных шин. Как показывает детальное математическое моделирование, вертикальное магнитное поле имеет две доминанты. Прежде всего мы должны обратить внимание на наиболее ярко выраженную асимметрию по длинной оси электролизера. Вертикальная компонента магнитного поля примерно по линейному закону нарастает с одного торца электролизера к другому торцу. Кроме того, можно отметить аналогичное поведение магнитного поля и по самой поперечной координате. Вблизи торцов вертикальное магнитное поле на выходной стороне электролизера по абсолютной величине превышает поле на входной стороне. Оно отражает «пропеллерный» характер вертикального поля от блюмсов. Необходимо отметить, что этот эффект на фоне изменения магнитного поля вдоль длинной стороны электролизера выражен не очень значительно. Компенсация большого магнитного поля в углах ванны на выходной стороне электролизера может обеспечиваться токами, схема которых приведена на фиг.2. Здесь отмечены два механизма коррекции магнитного поля. Первый из них связан с пропусканием тока вдоль торцевых сторон электролизера для коррекции поля вдоль длинной оси электролизера. Второй механизм связан с токами, которые протекают вдоль выходной стороны электролизера по направлению к центру для компенсации неоднородности вдоль короткой оси электролизера.The large MHD stability of the cell is associated with minimizing the vertical magnetic field in the cell bath. Note the main disadvantages of the magnetic field configuration when using a bus without compensation tires. As detailed mathematical modeling shows, a vertical magnetic field has two dominants. First of all, we must pay attention to the most pronounced asymmetry along the long axis of the cell. The vertical component of the magnetic field grows approximately linearly from one end of the cell to the other end. In addition, we can note a similar behavior of the magnetic field along the transverse coordinate itself. Near the ends, the vertical magnetic field on the output side of the cell in absolute value exceeds the field on the input side. It reflects the “propeller” nature of the vertical field from blooms. It should be noted that this effect is not very pronounced against the background of a change in the magnetic field along the long side of the cell. Compensation of a large magnetic field in the corners of the bath on the output side of the cell can be provided by currents, the circuit of which is shown in figure 2. Two mechanisms of magnetic field correction are noted here. The first of them is associated with the passage of current along the end sides of the cell to correct the field along the long axis of the cell. The second mechanism is associated with currents that flow along the output side of the cell toward the center to compensate for heterogeneity along the short axis of the cell.

С учетом доминанты изменения магнитного поля вдоль длинной оси электролизера остановимся вначале на коррекции вертикального магнитного поля за счет пропускания тока вдоль торцов электролизера. Вдоль торцов электролизера прокладываются шины с током, которые компенсируют вертикальное магнитное поле.Taking into account the dominant change in the magnetic field along the long axis of the cell, we first dwell on the correction of the vertical magnetic field due to the passage of current along the ends of the cell. Busbars with current are laid along the ends of the electrolyzer, which compensate for the vertical magnetic field.

Для более тонкой настройки конфигурации магнитного поля необходимо провести коррекцию относительно небольших градиентов вертикального магнитного поля вдоль короткой оси электролизера. Перспективным техническим решением по коррекции вертикального магнитного поля вдоль короткой стороны электролизера может быть использование тех же компенсационных шин, что и для коррекции магнитного поля вдоль длинной оси электролизера. Для этого используются локально наклонные шины, расположенные вдоль торцов электролизера: компенсационные шины располагаются под углом к оси электролизера либо в вертикальной и/либо в горизонтальной плоскости. При расположении компенсационных шин в вертикальной плоскости для компенсации градиента вертикального магнитного поля вдоль короткой стороны электролизера компенсационная шина поднимается от входной стороны к выходной. В случае расположения шин в горизонтальной плоскости компенсационная шина подходит ближе к торцу на выходной стороне электролизера, чем на входной стороне.To fine tune the configuration of the magnetic field, it is necessary to carry out the correction of relatively small gradients of the vertical magnetic field along the short axis of the cell. A promising technical solution for correcting the vertical magnetic field along the short side of the cell may be to use the same compensation tires as for correcting the magnetic field along the long axis of the cell. To do this, locally inclined tires are used that are located along the ends of the electrolyzer: the compensation tires are located at an angle to the axis of the cell either in the vertical and / or horizontal plane. When the compensation buses are arranged in a vertical plane to compensate for the gradient of the vertical magnetic field along the short side of the cell, the compensation bus rises from the input side to the output side. If the tires are in the horizontal plane, the compensation bus comes closer to the end on the output side of the cell than on the input side.

Достижение поставленного технического результата при использовании заявляемой ошиновки иллюстрируется проведенными расчетами электролизера на 500 кА. Для обеспечения максимальной МГД-устойчивости необходимо использовать компенсационные шины с обеих сторон электролизера на расстоянии 12 метров от оси электролизера с током в 100 кА. При использовании локально наклоненных компенсационных шин (максимальное расстояние 12 метров от оси электролизера и минимальное - 11 метров) ток в компенсационных шинах можно уменьшить до 75 кА, при этом МГД-устойчивость электролизера повышается.The achievement of the technical result when using the claimed busbar is illustrated by the calculations of the electrolyzer at 500 kA. To ensure maximum MHD stability, it is necessary to use compensation buses on both sides of the cell at a distance of 12 meters from the cell axis with a current of 100 kA. When using locally inclined compensation buses (the maximum distance is 12 meters from the axis of the electrolyzer and the minimum is 11 meters), the current in the compensation buses can be reduced to 75 kA, while the MHD resistance of the electrolyzer increases.

Claims (1)

Ошиновка мощных алюминиевых электролизеров при их поперечном расположении в корпусе, содержащая сборные шины с катодными спусками, установленными вдоль входной и выходной продольных сторон электролизера, электролизер соединен с анодной ошиновкой последующего электролизера посредством анодных стояков с передачей тока с входной продольной стороны на анодные стояки посредством шин, расположенных под днищем электролизера, а вдоль торцов электролизера проложены компенсационные шины, направление тока в которых совпадает с направлением тока в электролизере, отличающаяся тем, что компенсационные шины расположены под углом к оси электролизера в вертикальной и/или в горизонтальной плоскости, и при расположении в вертикальной плоскости компенсационные шины подняты от входной продольной стороны к выходной, при расположении в горизонтальной плоскости компенсационные шины расположены ближе к торцу на выходной стороне электролизера, чем на входной.The busbar of high-power aluminum electrolytic cells in their transverse arrangement in the housing, containing busbars with cathode slopes installed along the inlet and outlet longitudinal sides of the electrolyzer, the electrolyzer is connected to the anode busbar of the subsequent electrolyzer by means of anode risers with current transfer from the input longitudinal side to the anode risers by busbars, located under the bottom of the cell, and along the ends of the cell laid compensation tires, the direction of the current in which coincides with the direction current in the electrolyzer, characterized in that the compensation busbars are located at an angle to the axis of the electrolyzer in a vertical and / or horizontal plane, and when located in a vertical plane, the compensation busbars are raised from the input longitudinal side to the output side, when located in a horizontal plane, the compensation busbars are closer to the end on the output side of the cell than on the input.

Images