CN104419951A - 一种电解槽磁场外补偿装置 - Google Patents

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傅长宏
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    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
    • C25C3/06—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
    • C25C3/16—Electric current supply devices, e.g. bus bars

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Abstract

本发明公开了一种电解槽磁场外补偿装置，包括电解槽（6），烟道端整流机组(1)和出铝端整流机组（2），烟道端整流机组(1)引出的烟道端环绕母线（3）、出铝端整流机组（2）引出的出铝端环绕母线（4）分别沿着电解槽（6）烟道端和出铝端形成闭合回路。本发明与现有技术比较，可灵活地选择整流机组以及调整补偿电流的大小，用于降低传统外补偿方式的投资，并且配置灵活，可有效优化电解槽磁场，使得电解槽获得合理的槽内磁场分布和稳定的熔体流速场，确保电解槽生产过程的稳定和较高的电流效率，同时使得槽周围母线配置得以简化。

Description

一种电解槽磁场外补偿装置
技术领域
本发明涉及一种用于平衡电解槽磁场的外补偿装置，属于电解铝用设备领域。
背景技术
电解槽母线系统的作用是连接上台电解槽阴极和下台电解槽阳极，最终整个电解系列数百台电解槽通过母线系统串联在一起，强大的直流电经由母线导入每台电解槽为电化学反应提供能量。
通上电以后，母线周围会产生强烈的磁场（B），这些强烈的磁场和电解槽熔体中的电流（J）相互作用，在熔体区产生电磁力（F=JxB）。水平方向电磁力分布及大小决定了电解槽中熔体的流动形态及流速，垂直方向电磁力分布及大小决定了电解槽中熔体界面的变形。总之电解槽内磁场的分布及大小会很大程度地影响到电解槽稳定性，从而影响电流效率以及吨铝能耗等指标。因此电解槽内合理的磁场分布是保证电解槽稳定高效运行的基础。
电解槽内合理磁场分布可通过两种方式获得，一是采用槽周围母线自平衡方式，即是利用配置在电解槽侧部或底部的母线产生的磁场来平衡电流通过电解槽时产生的磁场，当然母线产生的磁场也需要相互平衡，同时母线的配置还要考虑上下游电解槽以及相邻列的影响，要达到以上这些要求，槽周围母线配置会非常复杂，母线用量也会很大，有时候还会导致槽间距被迫加大；另一种是采用外补偿方式，即是在电解槽两侧分别施加一个外加电流，利用外加电流产生的磁场补偿电解槽内磁场，使槽内磁场分布合理，为电解槽实现高效低耗的运行提供可靠的保障。采用这种方式可使得槽周围母线配置相对简单，并且母线用量也可以减少，母线系统的电耗损失也可以减少，当然外加母线上的能量空耗是该方式的一大缺点。
通常的外补偿方式是采用两套整流机组，分布在电解槽烟道端和出铝端提供两个不一样的补偿电流以实现电解槽两个端头对于磁场补偿强度的不同需要。为了补偿相邻列对电解槽的影响，往往烟道端的补偿电流大些。这种补偿方式需要两套整流机组分别提供不同的电流强度，并且必须根据电流强度配套相应的整流机组，由此造成整流机组选择受限并且投资成本偏大，以至于该种补偿方式的运用受到较大的限制。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种电解槽磁场外补偿装置，用于降低传统外补偿方式的投资，提高补偿装置配置的灵活性，在确保电解槽稳定高效生产的同时简化电解槽周围母线的配置。
本发明采用的技术方案是：一种电解槽磁场外补偿装置，包括电解槽，烟道端整流机组和出铝端整流机组，烟道端整流机组引出的烟道端环绕母线、出铝端整流机组引出的出铝端环绕母线分别沿着电解槽烟道端和出铝端形成闭合回路。本发明的电解槽磁场外补偿装置，包括两套整流机组、环绕母线、母线支架等。整流机组将交流电变成直流电后由环绕母线接入电解车间电解槽两侧，进入电解车间电流大小是一定的，但补偿电流的大小可以由环绕母线绕行电解槽系列的圈数决定，补偿电流强度随着绕行电解系列圈数的增加而成倍数增加。根据电解槽磁场平衡的要求，烟道端环绕母线和出铝端环绕母线绕电解车间一圈提供的补偿电流与整流机组提供的直流电一致，绕行两圈补偿电流是整流机组提供的直流电的一倍，以此类推，确保补偿电流能够达到电解槽磁场平衡的要求。
环绕母线距离电解槽烟道端或出铝端的距离可以相同也可以不同，不同的距离也可以做为调整不同补偿电流强度的一个变量参数，距离越近补偿强度越大。
环绕母线的绕行线路与电解槽的排布平行，且尽可能呈矩形回路，即与电解槽平行的环绕母线尽可能为直线，因为这样方便计算补偿电流的强度，而且补偿更均匀。
处于不同环绕圈的环绕母线既可以上下排布，也可以在同一平面内逐圈向内（或外）环绕。简单的说就是从上向下依次为第一圈，第二圈，第三圈等，或者从外向里（从里向外）依次为第一圈，第二圈，第三圈等。
烟道端环绕母线和出铝端环绕母线所形成的闭合回路圈数多于一圈。电解槽烟道端和出铝端补偿电流强度大小由烟道端环绕母线和出铝端环绕母线绕行电解槽的圈数决定。因此，不同的环绕圈数方便调节不同的补偿电流强度。
烟道端环绕母线和出铝端环绕母线所形成的闭合回路圈数不同。当烟道端的补偿电流需要更大些时，可以采用烟道端环绕母线圈数大于出铝端环绕母线圈数的方式。当然，也可以通过烟道端整流机组和出铝端整流机组分别将交流电变成不同直流电，然后再经烟道端环绕母线和出铝端环绕母线分别将不同补偿电流导入电解车间（分别沿着电解槽烟道端和出铝端），具体哪种方式更好可根据设备情况和使用条件来决定。
烟道端环绕母线和出铝端环绕母线直径不同。这也是一种差异化电解槽烟道端和出铝端补偿电流强度的方法。
环绕母线为铝含量99.5%～99.7%的铝母线。这里的铝含量指的是质量百分数。
环绕母线的电流密度为0.3～0.4A/mm2。
烟道端环绕母线和出铝端环绕母线置于母线支架上，母线支架固定于地面上。烟道端环绕母线和出铝端环绕母线分别用母线支架固定是最简单的方法，一系列母线支架间隔的竖直的安装在电解车间地面上，其走向与环绕母线相同。原则上母线支架的高度要保证既不影响地面车辆或人的通行，也不影响电解车间的行车运行，同时能够兼顾检修的方便。
本发明可灵活地选择整流机组以及调整补偿电流的大小，有效降低槽内垂直磁场，使全槽磁场尤其是垂直磁场四象限均匀且呈梯度较小，有效的解决了电解槽磁场问题。并可使电解槽获得合理的槽内磁场分布和稳定的熔体流速场，确保电解槽生产过程的稳定和较高的电流效率。 
附图说明
图1为电解槽磁场外补偿装置示意图。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，一种电解槽磁场外补偿装置，包括一系列平行排布的电解槽6，烟道端整流机组1和出铝端整流机组2，烟道端环绕母线3、出铝端环绕母线4分别沿着电解槽6烟道端和出铝端各形成两圈的闭合回路，烟道端环绕母线3和出铝端环绕母线4由母线支架5固定，环绕母线为铝含量99.5%的铝母线，烟道端环绕母线3和出铝端环绕母线4直径相同，且环绕母线的电流密度为0.3A/mm2。
实施例2
一种电解槽磁场外补偿装置，包括一系列平行排布的电解槽6，烟道端整流机组1和出铝端整流机组2，烟道端环绕母线3沿着电解槽6烟道端形成三圈的闭合回路，出铝端环绕母线4沿着电解槽6出铝端形成两圈的闭合回路，烟道端环绕母线3和出铝端环绕母线4由母线支架5固定，环绕母线为铝含量99.6%的铝母线，烟道端环绕母线3、出铝端环绕母线4直径相同，且环绕母线的电流密度为0.3A/mm2。
实施例3
一种电解槽磁场外补偿装置，包括一系列平行排布的电解槽6，烟道端整流机组1和出铝端整流机组2，烟道端环绕母线3、出铝端环绕母线4分别沿着电解槽6烟道端和出铝端各形成一圈的闭合回路，烟道端环绕母线3和出铝端环绕母线4由母线支架5固定，环绕母线为铝含量99.7%的铝母线，环绕母线的电流密度为0.4A/mm2，且烟道端环绕母线3直径大于出铝端环绕母线4直径。交流电经过烟道端整流机组1、出铝端整流机组2变成不同直流电后由烟道端环绕母线3和出铝端软绕母线4接入电解车间。

Claims (7)

1.一种电解槽磁场外补偿装置，包括电解槽（6），烟道端整流机组(1)和出铝端整流机组（2），其特征在于：烟道端整流机组(1)引出的烟道端环绕母线（3）、出铝端整流机组（2）引出的出铝端环绕母线（4）分别沿着电解槽（6）烟道端和出铝端形成闭合回路。
2.根据权利要求1所述的一种电解槽磁场外补偿装置，其特征在于：烟道端环绕母线（3）和出铝端环绕母线（4）所形成的闭合回路圈数多于一圈。
3.根据权利要求2所述的一种电解槽磁场外补偿装置，其特征在于：烟道端环绕母线（3）和出铝端环绕母线（4）所形成的闭合回路圈数不同。
4.根据权利要求1所述的一种电解槽磁场外补偿装置，其特征在于：烟道端环绕母线（3）和出铝端环绕母线（4）直径不同。
5.根据权利要求1所述的一种电解槽磁场外补偿装置，其特征在于：环绕母线为铝含量99.5%～99.7%的铝母线。
6.根据权利要求1所述的一种电解槽磁场外补偿装置，其特征在于：环绕母线的电流密度为0.3～0.4A/mm2。
7.根据权利要求1所述的一种电解槽磁场外补偿装置，其特征在于：烟道端环绕母线（3）和出铝端环绕母线（4）置于母线支架（5）上，母线支架（5）固定于地面上。
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