RU2536577C2

RU2536577C2 - Basbar of powerful aluminium electrolyser with their lateral arrangement in housing

Info

Publication number: RU2536577C2
Application number: RU2012105728/02A
Authority: RU
Inventors: Петр Николаевич Вабищевич; Виталий Владимирович Платонов; Александр Олегович Гусев; Алексей Геннадьевич Бурцев
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр"
Priority date: 2012-02-17
Filing date: 2012-02-17
Publication date: 2014-12-27
Also published as: RU2012105728A

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: invention refers to basbar of electrolysers for aluminium obtainment with their lateral arrangement in electrolysis housing. Basbar of series-connected electrolysers includes two standpipes located near inlet butt end of electrolyser cathode shell, two cathode collecting buses on each lateral side of electrolyser. Current from the part of electrolyser cathode rods arranged from the side of inlet butt end of cathode shell is transmitted to standpipes through cathode bars. Cathode bars transmitting current from electrolyser cathode rods from the side of outlet butt end of electrolyser cathode shell are arranged along longitudinal axis of electrolyser to the middle of the following electrolyser, then along cross axis of electrolyser under the bottom of electrolyser, and then they are routed under electrolyser bottom along longitudinal axis of electrolyser and are connected with standpipes located in inlet butt end of cathode shell of the following electrolyser.

EFFECT: providing optimum compensation of magnetic field, and due to this achieving high magnetohydrodynamic resistance of electrolyser and higher efficiency of electrolysers during operation on minor pole distances.

2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому получению алюминия в электролизерах, соединенных друг с другом в последовательную электрическую цепь.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.

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. Конструкция ошиновки должна обеспечивать работу на малых межполюсных расстояниях. Магнитогидродинамическая (МГД) устойчивость электролизера при малых межполюсных расстояниях и малых перекосах зеркала металла обеспечивается повышенными требованиями к конфигурации магнитного поля в ванне электролизера. Для работы электролизера в приемлемых технологических условиях требуется максимально снизить величину вертикального магнитного поля.The connection of electrolyzers is carried out by a system of conductive buses, one of the main requirements for which is to ensure the optimum magnetic field in the melt, which has a minimal negative effect on the process. The busbar design should ensure operation at short interpolar distances. Magnetohydrodynamic (MHD) stability of the electrolyzer at small interpolar distances and small distortions of the metal mirror is provided by increased requirements for the configuration of the magnetic field in the electrolyzer bath. For the electrolyzer to work in acceptable technological conditions, it is necessary to minimize the value of the vertical magnetic field.

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 которой ток к входным и выходным стоякам подводят несимметрично в отношении, близком 2:1 (Авторское свидетельство СССР №168457, С25С 3/16, 1963) [2].Known is the busbar of aluminum electrolyzers with two-sided supply of current to the anode buses through risers located at the input and output ends of the cathode casing, the cathode rods of which are divided into groups connected to independent packages of cathode buses, in which the current to the input and output risers is supplied asymmetrically with respect to, close to 2: 1 (USSR Author's Certificate No. 168457, C25C 3/16, 1963) [2].

Недостатком известной конструкции ошиновки является высокое значение вертикальной компоненты индукции магнитного поля в ванне электролизера. С увеличением тока электролизера увеличивается магнитное поле и электромагнитные силы в расплавленном алюминии. Некомпенсированные электромагнитные силы приводят к большим циркуляциям расплава и большим перекосам его уровня, снижению запаса МГД-устойчивости электролизера.A disadvantage of the known busbar design is the high value of the vertical component of the magnetic field induction in the cell bath. With increasing current of the electrolyzer, the magnetic field and electromagnetic forces in molten aluminum increase. Uncompensated electromagnetic forces lead to large circulations of the melt and large distortions of its level, a decrease in the supply of MHD stability of the electrolyzer.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому техническому решению является ошиновка мощных алюминиевых электролизеров при их продольном расположении в корпусе, содержащая анодные шины, стояки, расположенные у входного и выходного торцов катодного кожуха, и катодные стержни, разделенные на группы, каждая из которых соединена с самостоятельным пакетом катодных шин; при этом 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. (Патент СССР №738518, С25С 3/16, 1978) [3].The closest in technical essence and the achieved effect to the proposed technical solution is the busbar of powerful aluminum electrolyzers in their longitudinal arrangement in the housing, containing anode buses, risers located at the input and output ends of the cathode casing, and cathode rods, divided into groups, each of which connected to an independent package of cathode buses; while the packages of cathode buses of the groups of rods closest to the input end of the cathode casing are connected to risers located at the input end, and the remaining groups of cathode rods are connected to risers located along the sides of the cathode casing of the subsequent electrolyzer. (USSR patent No. 738518, C25C 3/16, 1978) [3].

Недостатком известного технического решения является то, что стояки на серединах боковых сторон электролизеров затрудняют их технологическое обслуживание.A disadvantage of the known technical solution is that the risers in the middle of the sides of the electrolyzers complicate their technological maintenance.

Задачей изобретения является разработка конструкции ошиновки для алюминиевых электролизеров, обеспечивающей работу на пониженных межполюсных расстояниях и высокие экономические показатели электролизеров без затруднений на технологическое обслуживание электролизеров.The objective of the invention is to develop a busbar design for aluminum electrolysis cells, ensuring operation at reduced interpolar distances and high economic performance of electrolytic cells without difficulties in the technological maintenance of electrolytic cells.

Техническим результатом изобретения является достижение высокой степени компенсации электромагнитных сил в расплаве за счет оптимизации конфигурации магнитного поля в ванне электролизера 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 bath of the cell and reducing the magnitude of the vertical magnetic field.

Поставленная задача решается тем, что в ошиновке алюминиевых электролизеров при их продольном расположении в корпусе, содержащей анодные шины, стояки и катодные стержни, разделенные на группы, каждая из которых соединена с самостоятельным пакетом катодных шин. При этом пакеты катодных шин групп стержней, ближайших к входному торцу катодного кожуха, напрямую соединены со стояками, расположенными у входного торца, а остальные группы катодных стержней соединены с теми же стояками более сложным образом. В изобретении, согласно предлагаемому решению, пакеты катодных шин, передающие ток с катодных стержней электролизера со стороны выходного торца катодного кожуха, прокладываются сначала до середины следующего электролизера, потом под днищем электролизера, перпендикулярно продольной оси, а затем - вдоль продольной оси электролизера.The problem is solved in that in the busbar of aluminum electrolyzers when they are longitudinally arranged in a housing containing anode buses, risers and cathode rods, divided into groups, each of which is connected to an independent package of cathode buses. In this case, the packages of cathode buses of the groups of rods closest to the input end of the cathode casing are directly connected to the risers located at the input end, and the remaining groups of cathode rods are connected to the same risers in a more complex way. In the invention, according to the proposed solution, cathode busbar packages transmitting current from the cathode rods of the electrolyzer from the side of the output end of the cathode casing are laid first to the middle of the next electrolyzer, then under the bottom of the cell, perpendicular to the longitudinal axis, and then along the longitudinal axis of the cell.

Это позволяет ограничиться двумя стояками на входном торце электролизера - конструкция ошиновки с односторонним токоподводом.This allows you to confine yourself to two risers at the input end of the cell - busbar design with one-sided current supply.

Изобретение дополняет частный отличительный признак, направленный также на решение поставленной задачи, по которому ошиновка имеет механизм компенсации наводки поля от соседнего ряда электролизеров, заключающийся в том, что ток с 20-30% катодных стержней с каждой стороны входного торца питает шину компенсации, расположенную вдоль стороны, ближней к соседнему ряду, и подключенную к анодному стояку последующего электролизера.The invention supplements a particular distinguishing feature, also aimed at solving the problem, according to which the bus has a compensation mechanism for field pickup from an adjacent row of electrolyzers, consisting in the fact that a current from 20-30% of the cathode rods on each side of the input end feeds a compensation bus located along side closest to the adjacent row, and connected to the anode riser of the subsequent cell.

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."

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что делает возможным сделать вывод о соответствии критерию «изобретательский уровень».Comparison of the proposed solution not only with the prototype, but also with other technical solutions in the art did not allow them to identify signs that distinguish the claimed solution from the prototype, which makes it possible to conclude that the criterion of "inventive step".

Сущность изобретения поясняется графическим материалом.The invention is illustrated graphic material.

На фиг.1 изображена заявляемая схема ошиновки.Figure 1 shows the claimed bus circuit.

На фиг.2 представлена схема ошиновки в соответствии с отличительным признаком по п.2.Figure 2 presents the circuit bus in accordance with the distinguishing feature of claim 2.

На фиг.3 - вертикальная компонента индукции магнитного поля (в гауссах) для электролизера на силу тока 150 кА в слое расплавленного алюминия, по прототипу.Figure 3 is a vertical component of the magnetic field induction (in Gauss) for the electrolytic cell at a current strength of 150 kA in a layer of molten aluminum, according to the prototype.

На фиг.4 - вертикальная компонента индукции магнитного поля (в гауссах) для электролизера с заявляемой ошиновкой.Figure 4 is a vertical component of the magnetic field induction (in Gauss) for the electrolyzer with the claimed busbar.

Предлагаемая конструкция ошиновки электролизера (фиг.1) включает два стояка 1 и 2, расположенных симметрично во входном торце катодного кожуха последующего электролизера со стороны лицевой (стояк 1) и глухой (стояк 2) сторон электролизера. Часть катодных стержней электролизера, расположенных со стороны выходного торца, соединена с помощью катодных шин 3 и 4 со стояками 1 и 2, которые, в свою очередь, подключены к анодным шинам 7 и 8. Катодные шины 5 и 6, передающие ток с катодных стержней электролизера со стороны входного торца катодного кожуха, расположены вдоль поперечной и продольной полуосей электролизера и доходят до середины последующего электролизера, пропускаются под днищем электролизера и под днищем электролизера возвращаются на стояки 1и 2 и далее передается на анодные шины 7 и 8.The proposed design of the busbar of the electrolyzer (figure 1) includes two risers 1 and 2, located symmetrically in the input end of the cathode casing of the subsequent electrolyzer from the front (riser 1) and deaf (riser 2) sides of the electrolyzer. A part of the cathode rods of the electrolyzer located on the output end side is connected via cathode buses 3 and 4 to the risers 1 and 2, which, in turn, are connected to the anode buses 7 and 8. The cathode buses 5 and 6, transmitting current from the cathode rods of the cell from the input end of the cathode casing, are located along the transverse and longitudinal axes of the cell and reach the middle of the subsequent cell, are passed under the bottom of the cell and returned to the risers 1 and 2 under the bottom of the cell and then transferred to the anode tires 7 and 8.

В предлагаемой конструкции ошиновки токи с катодных стержней вблизи входного торца электролизера с помощью катодных шин 3 и 4 передаются на стояки 1 и 2, расположенные на входном торце последующего электролизера соответственно и далее на анодные шины 7 и 8, расположенные над электролизером. Ток с катодных стержней близи выходного торца электролизера передается с помощью катодных шин 5 и 6. Катодные шины 5 и 6 расположены вдоль лицевой и глухой сторон электролизеров и прокладываются до середины последующего электролизера. Затем катодные шины 5 и 6 опускаются под днище электролизера и располагаются вдоль поперечной, а затем продольной осей электролизера. Ток по катодным шинам 5 и 6 под днищем последующего электролизера передается на стояки 1 и 2, которые, в свою очередь, осуществляют передачу тока на анодные шины 7 и 8.In the proposed bus design, the currents from the cathode rods near the inlet end of the electrolyzer are transmitted via cathode buses 3 and 4 to the risers 1 and 2 located at the inlet end of the subsequent electrolyzer, respectively, and then to the anode busbars 7 and 8 located above the electrolyzer. The current from the cathode rods near the output end of the cell is transmitted using cathode buses 5 and 6. The cathode buses 5 and 6 are located along the front and blank sides of the cells and are laid to the middle of the subsequent cell. Then the cathode bus 5 and 6 are lowered under the bottom of the cell and are located along the transverse, and then the longitudinal axis of the cell. Current along the cathode buses 5 and 6 under the bottom of the subsequent electrolyzer is transmitted to risers 1 and 2, which, in turn, transmit current to the anode buses 7 and 8.

Кроме этого существует дополнительный механизм улучшения МГД-устойчивости электролизера (фиг 2), принцип работы которого заключается в компенсации наводки поля от соседнего ряда электролизеров, заключающийся в том, что ток с 20-30% катодных стержней с каждой стороны входного торца питает шину компенсации 9, расположенную вдоль стороны, ближней к соседнему ряду, и подключенную к анодному стояку 1 последующего электролизера.In addition, there is an additional mechanism for improving the MHD stability of the electrolyzer (Fig. 2), the principle of which is to compensate for the field pickup from the adjacent row of electrolyzers, namely, that a current from 20-30% of the cathode rods on each side of the input end feeds the compensation bus 9 located along the side closest to the adjacent row, and connected to the anode riser 1 of the subsequent cell.

Повышение запаса МГД-устойчивости электролизера связано с минимизацией вертикального магнитного поля в ванне электролизера. Эффект предлагаемого технического решения иллюстрируется фигурами 2 и 3. Вертикальное магнитное поле в слое расплавленного металла четырехстоячной конструкции ошиновки по прототипу показано на фиг.2. Для предлагаемой ошиновки вертикальное магнитное поле представлено на фиг.3. В большей части рабочей зоны электролизера при использовании предлагаемой ошиновки магнитное поле меньше: среднее по амплитуде вертикальное магнитное поле равно 10 гауссам, в то время как для прототипа - 16 гауссов. Как показывают детальные численные расчеты по исследованию МГД-устойчивости по полным математическим моделям, электролизер с заявляемой ошиновкой имеет более высокую МГД-стабильность, чем аналог и прототип. При улучшении характеристик по устойчивости предлагаемая ошиновка обладает большими возможностями по технологическому обслуживанию: в конструкции нет стояков на серединах продольных сторон электролизера.An increase in the supply of MHD stability of the electrolyzer is associated with minimization of the vertical magnetic field in the electrolyzer bath. The effect of the proposed technical solution is illustrated by figures 2 and 3. The vertical magnetic field in the molten metal layer of the four-column busbar structure of the prototype is shown in figure 2. For the proposed busbar, a vertical magnetic field is shown in FIG. 3. In most of the working area of the electrolyzer when using the proposed busbar, the magnetic field is less: the average vertical amplitude of the magnetic field is 10 gauss, while for the prototype it is 16 gauss. As detailed numerical calculations on the study of MHD stability according to full mathematical models show, the electrolyzer with the claimed busbar has higher MHD stability than the analog and prototype. While improving the stability characteristics, the proposed busbar has great technological maintenance capabilities: there are no risers in the design in the middle of the longitudinal sides of the cell.

Отмеченные особенности предлагаемой ошиновки позволят улучшить технико-экономические показатели работы алюминиевых электролизеров за счет увеличения выхода по току и возможности работы электролизеров при меньшем межполюсном расстоянии при лучших возможностях по технологическому обслуживанию электролизеров.The noted features of the proposed busbar will improve the technical and economic indicators of the operation of aluminum electrolyzers by increasing the current efficiency and the ability of the electrolyzers to work at a shorter interpolar distance with better opportunities for technological maintenance of electrolyzers.

Claims

1. Ошиновка мощных алюминиевых электролизеров при их продольном расположении в корпусе, содержащая анодные шины, стояки и катодные стержни, разделенные на группы, каждая из которых соединена с самостоятельным пакетом катодных шин, причем пакеты катодных шин групп стержней, ближайших к входному торцу катодного кожуха, соединены со стояками, расположенными у входного торца последующего электролизера, а пакеты катодных шин групп стержней, ближайших к выходному торцу катодного кожуха, расположены вдоль продольной стороны до середины последующего электролизера, отличающаяся тем, что пакеты катодных шин, передающие ток с катодных стержней электролизера со стороны выходного торца катодного кожуха, до середины последующего электролизера расположены вдоль продольной оси электролизера, далее вдоль поперечной оси электролизера под днищем электролизера, а затем проложены под днищем электролизера вдоль продольной оси электролизера и соединены со стояками, расположенными во входном торце катодного кожуха последующего электролизера в пространстве между выходным торцом катодного кожуха предыдущего и входным торцом катодного кожуха последующего электролизера.1. The busbar of high-power aluminum electrolytic cells in their longitudinal arrangement in the housing, containing anode buses, risers and cathode rods, divided into groups, each of which is connected to an independent package of cathode buses, and packages of cathode buses of groups of rods closest to the input end of the cathode casing, connected to the risers located at the input end of the subsequent electrolyzer, and the packages of cathode buses of the groups of rods closest to the output end of the cathode casing are located along the longitudinal side to the middle of the last characterized in that the cathode busbar packages transmitting current from the cathode rods of the electrolyzer from the side of the output end of the cathode casing to the middle of the subsequent electrolyzer are located along the longitudinal axis of the cell, then along the transverse axis of the cell under the bottom of the cell, and then laid under the bottom of the cell along the longitudinal axis of the electrolyzer and connected to the risers located in the input end of the cathode casing of the subsequent electrolyzer in the space between the output end of the cathode of the previous casing and the input end of the cathode casing subsequent cell.

2. Ошиновка по п.1, отличающаяся тем, что она имеет механизм компенсации наводки поля от соседнего ряда электролизеров, посредством которого ток с 20-30% катодных стержней с каждой стороны входного торца питает шину компенсации поля от соседнего ряда, которая расположена вдоль стороны, ближней к соседнему ряду и подключена к анодному стояку последующего электролизера. 2. The busbar according to claim 1, characterized in that it has a field pickup compensation mechanism from an adjacent row of electrolyzers, whereby a current from 20-30% of the cathode rods on each side of the input end end feeds the field compensation bus from an adjacent row, which is located along the side , closest to the next row and connected to the anode riser of the subsequent cell.