CN101423958A - 包括外部补偿的铝电解槽母线配置结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种包括外部补偿的铝电解槽母线配置结构，属于金属铝电解技术领域。本发明的外部母线补偿方式是在现有的铝电解槽两端，沿系列电流方向分别设置有外部补偿母线；其外部补偿母线内的电流方向与所述系列电流方向相同；在电解槽槽底沿系列电流方向设置有多根槽底阴极母线，槽底阴极母线的一端与电解槽上游端阴极母线相连，另一端与此电解槽下游侧的另一台电解槽的立柱母线相连接；外部补偿母线与所述槽底补偿母线共同修正和补偿铝电解槽的磁场扰动。本发明解决了每台槽的阴极母线用量极大、且非常复杂的问题，节省了母线用量。
Description
技术领域
本发明涉及一种铝电解槽的电流供给装置，特别是涉及一种包括外部补偿的铝电解槽母线配置结构。
背景技术
随着铝电解槽设计和操作技术水平的提高，国际国内的新设计和建设的铝电解槽日益向大型化的方向发展，其系列电流不可避免地达到500KA至700KA，甚至以上。但随着系列电流的增加，载流母线和熔体电流所产生的磁场分布对槽生产和操作的稳定性影响越来越突出。
因此在大型及超大型电解槽母线设计时首先必须考虑其对槽稳定性的影响。通过对稳定性理论的分析可知，要获得良好的铝电解槽生产稳定性，至少应当保证槽内熔体中的垂直磁场及其水平梯度值较小且均匀、铝液层内的扰动水平电流较小。而对磁场的改善就主要须通过母线的配置来完成。对垂直磁场的改善主要有两方面的内容：一是修正本槽自身导体产生的过大的垂直磁场及其水平梯度；二是补偿由于邻列槽带来的垂直磁场值的增加及不对称。
目前电解槽的母线配置实际上是使槽阴极母线兼具三个方面的功能：既要修正本槽过强的磁场值，同时又必须不对称的布置以补偿由邻列槽磁场的影响，另外还承担着向下一台槽传递系列电流的功能。这样阴极母线用量、槽间距都较大，十分不经济，其磁场的补偿效果不理想。同时在系列电流达到500KA至700KA时，磁场配置稍有不慎就会难以达到铝电解槽稳定生产的要求。如果仍旧只是采用对槽阴极母线进行配置的方法，则既不经济又难以保证精度。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种铝电解槽外部母线补偿方式。所述技术方案如下：
本发明的一种包括外部补偿的铝电解槽母线配置结构，在电解槽两端沿系列电流方向分别设置有外部补偿母线；所述外部补偿母线与电解槽槽体绝缘；所述外部补偿母线内的电流方向与所述系列电流方向相同；在所述电解槽的上游侧设置有阴极母线；在所述电解槽槽底沿系列电流方向设置有多根槽底补偿母线，所述槽底补偿母线的一端与电解槽上游侧阴极母线相连，另一端经下游侧阴极母线后与此电解槽下游侧的另一台电解槽的立柱母线相连接；所述外部补偿母线与所述槽底补偿母线共同修正和补偿铝电解槽的磁场扰动。
本发明的包括外部补偿的铝电解槽母线配置结构，每根所述外部补偿母线内的电流强度均不大于系列电流强度。
本发明的包括外部补偿的铝电解槽母线配置结构，所述外部补偿母线内的电流强度为系列电流电流强度的20％至80％。
本发明的包括外部补偿的铝电解槽母线配置结构，所述两根外部补偿母线内电流强度不相同。
本发明的包括外部补偿的铝电解槽母线配置结构，在所述电解槽进电侧设置6至9根立柱母线，并采用双阳极配置；或者在所述电解槽进电侧设置11至18根立柱母线，并采用单阳极配置。
本发明的包括外部补偿的铝电解槽母线配置结构，所述每1至4根上游端阴极母线汇流后，与所述一根槽底补偿母线相连接。
本发明的包括外部补偿的铝电解槽母线配置结构，所述电解槽槽底设置有一根以上工字钢梁，所述槽底补偿母线通过所述工字钢梁上方穿过电解槽槽底。
本发明的包括外部补偿的铝电解槽母线配置结构，所述槽底补偿母线在所述电解槽底部呈不等间距排列，位于电解槽中部的槽底补偿母线排列较疏，而远离电解槽中部的两端槽底补偿母线排列较密。
本发明的包括外部补偿的铝电解槽母线配置结构，所述外部补偿母线的设置高度与铝电解槽内的液面高度持平。
本发明提供的技术方案的有益效果是：本发明提供的超大型铝电解槽母线的配置方法，将槽阴极母线原来承担的多个功能加以简化，即：设置单独的槽外部补偿电源母线，承担修正本槽磁场及补偿大部分邻列槽磁场的功能；而本槽的阴极母线主要是承担向下一台槽供电，不再承担修正及补偿磁场的任务。
这种设计的优点和效果是：由于对母线功能进行了划分，槽外部的外部补偿母线承担了修正槽本体磁场及补偿邻列磁场的功能，大大的简化了设计的难度，有利于找出最佳的母线配置方式，使槽内熔体的磁场分布及稳定性更易于达到最佳。
同时，本发明采用了最简单的槽本体阴极母线配置方式，即阴极上游侧阴极母线汇流后不绕行槽周，而由槽底穿过直达下游侧汇入下台槽的立柱母线，这样的配置能大量的节省母线用量。
附图说明
图1是本发明包括外部补偿的铝电解槽母线配置结构的结构示意图；
图2是本发明包括外部补偿的铝电解槽母线配置结构的立体结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
现有的铝电解槽中，阴极母线的主要作用是向电解槽进行供电，同时也承担修正本槽磁场和补偿临列槽磁场的功能。但随着系列电流的增加，载流母线和熔体电流所产生的磁场分布对槽生产和操作的稳定性的影响越来越突出，单纯通过阴极母线的自身补偿已经无法保证超大型电解槽内熔体中的垂直磁场及其水平梯度值较小且均匀、铝液层内的扰动水平电流较小的基本要求。
在现代的大型电解铝的生产中，生产现场内的电解槽往往被排布为多列，其相邻的电解槽即互为临列槽。本发明的包括外部补偿的铝电解槽母线配置方式是在电解槽的外部两端设置两根外部补偿母线：第一外部补偿母线1和第二外部补偿母线2，两根外部补偿母线的高度位置约相当于电解槽内铝液界面的高度；其两根补偿电源母线内电流的方向与系列电流方向相同。两根外部补偿母线与电解槽本体以及电解槽本体母线之间采用绝缘方式进行隔离。
在电解槽的上游侧设置有上游侧阴极母线3；同时，在电解槽的下游侧设置有下游侧阴极母线6。在电解槽槽底沿系列电流方向设置有多根槽底补偿母线4。每1至4根上游端阴极母线3汇流后，与一根槽底补偿母线4相连接。槽底补偿母线4的一端与电解槽上游侧阴极母线3相连，另一端经下游侧阴极母线后与此电解槽下游侧与此槽相邻的另一台电解槽的立柱母线5相连接。这样外部补偿母线与槽底补偿母线可以共同修正和补偿铝电解槽的磁场扰动。
本发明的阳极配置有两种方式：可以在电解槽进电侧设置6至9根立柱母线5，并采用双阳极配置；或者在所述电解槽进电侧设置11至18根立柱母线5，并采用单阳极配置。
本发明的铝电解槽外部母线补偿方式可以适用于系列电流达到500KA至700KA的情况，但经过调整其使用范围可以超过此范围。
由于本发明的外部补偿母线方式即可以对槽本体及上下游槽产生的过大的垂直磁场进行修正，当有邻列槽，也可对邻列槽磁场的影响时进行补偿，所以在正常情况下两端的外部补偿母线电流大小可不相同，具有邻列槽(或邻列槽影响较大)的一侧，外部补偿母线电流较大；但在特定情况下，并不排除两根外部补偿母线电流大小相同的情况。在一般情况下，外部补偿母线内的电流强度为系列电流电流强度的20％至80％。
参见图2，在本实施例中，电解槽系统是由两列连在一起的独立电解槽构成，每列电解槽的数量可以根据实际需要确定。根据槽内电流的方向可以将每个电解槽的进电端设定为上游侧，而将出电端设定为下游侧。在每台电解槽的上游侧排列有多根上游侧阴极母线3，阴极母线从电解槽槽底穿过，到达电解槽下游侧阴极母线6，并与下游侧的立柱母线5相连接。电解槽底部的阴极母线称为槽底补偿母线4。槽底补偿母线4在电解槽底部呈不等间距排列，位于电解槽中部的槽底补偿母线排列较疏，而远离电解槽中部的两端槽底补偿母线排列较密。
电解槽槽底设置有与槽底补偿母线4数量相对应的工字钢梁，槽底补偿母线4通过所述工字钢梁上方穿过电解槽槽底，汇入下一台电解槽的立柱母线5。这里的槽本体阴极母线全部由槽底穿过，但沿长边方向有稍许的不对称。这一不对称不是必须的，只是用于对外部补偿母线的修正及补偿后的磁场做少量的微调，但应以不明显的增加母线用量和母线复杂程度为原则。
本发明的系列电流在600kA左右，其两根外部补偿母线1、2分别在槽两端配置，其电流大小不同，但均与系列电流同向。这里第一外部补偿母线1距邻列槽的较第二外部补偿母线2近，所以第一外部补偿母线1的电流较大。需要说明的是本发明的外部补偿母线配置并不排除两根外部补偿母线中的电流相等的配置情况，但那样做就需要槽本体母线不对称布置来补偿邻列槽磁场的影响。如果邻列槽位于另一侧，则应是第二外部补偿母线2的电流较大些。
本发明中槽本体母线、即槽底阴极母线的配置方式非常简单、经济，但必须与单独补偿电源母线配合使用。
槽底阴极母线采用了极简单的配置方式，虽然要考虑外部补偿母线的用量，但经济上还是合算的。本发明用在550kA至700kA系列电流的实例中，比传统的母线配置方式节省了约10％的母线用量。
最关键的是其母线配置简单，减少了设计中的人为误差，且经计算在本实例中比传统的母线配置方式有更佳的垂直磁场分布、熔体流速特性、以及铝液-电解质界面稳定性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1、一种包括外部补偿的铝电解槽母线配置结构，其特征在于，在电解槽两端沿系列电流方向分别设置有外部补偿母线；所述外部补偿母线与电解槽槽体绝缘；所述外部补偿母线内的电流方向与所述系列电流方向相同；在所述电解槽的上游侧设置有上游侧阴极母线；在所述电解槽的下游侧设置有下游侧阴极母线；在所述电解槽槽底沿系列电流方向设置有多根槽底补偿母线，所述槽底补偿母线的一端与所述上游侧阴极母线相连，另一端经所述下游侧阴极母线后与此电解槽下游侧的另一台电解槽的立柱母线相连接；所述外部补偿母线与所述槽底补偿母线共同修正和补偿铝电解槽的磁场扰动。
2、根据权利要求1所述的包括外部补偿的铝电解槽母线配置结构，其特征在于，每根所述外部补偿母线内的电流强度均不大于系列电流强度。
3、根据权利要求2所述的包括外部补偿的铝电解槽母线配置方式，其特征在于，所述外部补偿母线内的电流强度为系列电流电流强度的20％至80％。
4、根据权利要求1所述的包括外部补偿的铝电解槽母线配置结构，其特征在于，所述两根外部补偿母线内电流强度不相同。
5、根据权利要求1所述的包括外部补偿的铝电解槽母线配置结构，其特征在于，在所述电解槽进电侧设置6至9根立柱母线，并采用双阳极配置；或者在所述电解槽进电侧设置11至18根立柱母线，并采用单阳极配置。
6、根据权利要求1所述的包括外部补偿的铝电解槽母线配置结构，其特征在于，所述每1至4根上游端阴极母线汇流后，与所述一根槽底补偿母线相连接。
7、根据权利要求1所述的包括外部补偿的铝电解槽母线配置结构，其特征在于，所述电解槽槽底设置有一根以上工字钢梁，所述槽底补偿母线通过所述工字钢梁上方穿过电解槽槽底。
8、根据权利要求7所述的包括外部补偿的铝电解槽母线配置结构，其特征在于，所述槽底补偿母线在所述电解槽底部呈不等间距排列，位于电解槽中部的槽底补偿母线排列较疏，而远离电解槽中部的两端槽底补偿母线排列较密。
9、根据权利要求1所述的包括外部补偿的铝电解槽母线配置结构，其特征在于，所述外部补偿母线的设置高度与铝电解槽内的液面高度持平。
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