CN104520475B - 用于纵向设置的铝电解槽的母线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用在重型铝电解槽的母线布置，其中所述电解槽具有纵向位置。母线设置包括阳极母线、提升管和阴极导杆，所述阴极导杆被分组，每组连接至单独的阴极母线，其中最靠近在前电解槽输入端的导杆组的阴极母线连接至在后电解槽的输入端处的提升管，而其余导杆组连接至在后电解槽输出端处的提升管。最靠近在前电解槽输入端的导杆组的阴极母线置于在前电解槽基底的下方，并且其余导杆组的阴极母线置于在前和在后电解槽的基底下方或者在前和在后电解槽的基底下方并沿着在后电解槽正面上的阴极壳放置。相对于在后电解槽输出端处的提升管，在后电解槽的输入端处的提升管被安装来偏离电解槽的中心。通过电解槽浴槽中磁场设置的优化和垂直磁场的减小实现对熔融物中的电磁力的高度补偿。

Description

用于纵向设置的铝电解槽的母线

本发明涉及有色金属冶金，具体而言，涉及铝在彼此串联连接的还原槽中的电解还原。

电解槽通过导电性母线系统彼此连接，其中的一个主要要求是在熔融物中提供最佳的磁场，其对工艺流程具有最低的负面影响。

电解槽本身及其相邻运行的电解槽的磁场都会对铝电解槽的磁流体动力学和能量特性具有显著影响。

阴极金属和浴槽在电磁场中的暴露导致金属表面以波动和隆起形式变形，这导致电解槽运行不稳定并且减少了还原工艺的技术和经济指标。

有效运行的母线的基本要求如下：

-磁感应横向分量(By)的最小化和对称性；和

-相对于磁感应垂直分量(Bz)的纵轴和横轴的最小化、对称性和信号交替。

满足这些要求使得熔融物的循环速率降低、金属-浴槽界面的表面扰动的起伏和隆起的幅度降低以及扰动的稳定化。

已知一种用于纵向设置在外壳中的高电流量铝电解槽的母线，其由阳极总线、提升管和分组的导杆组成。每个组连接至单独的阴极总线堆。最靠近阴极壳输入端的导杆组的阴极总线堆连接至位于输入端的提升管，而其余导杆组连接至沿着在后电解槽阴极壳侧安置的提升管(USSR专利738518,C 25C 3/16,1978号)。

由于事实上没有补偿来自电解槽相邻行的磁场垂直分量，以上技术未对以两行纵向设置在外壳中的电解槽提供最佳的磁场设置。未得到补偿的电磁力导致强熔融物循环和金属的较大起伏、电解槽的磁流体动力学裕量(MHD稳定性)显著降低，并且不允许在增加电解槽的电流量时具有高技术和经济指标。

已知一种用于在外壳中以两行纵向设置的铝电解槽的母线方法，其包括对阳极两端供电，并且其中在最靠近相邻行一侧的环形堆截面更大，与其连接的导杆多于与电解槽相对一侧上的环形堆连接的导杆。

在此情况中，每个提升管的电流分配如下：左侧输入(沿着电流的移动)提升管：30％～32％；右侧输入提升管：36％～38％；左侧输出提升管：20％～18％；右侧输出提升管：12％～14％。最靠近电解槽相邻行一侧上的阴极和环形总线比相对侧(即，靠近熔融金属层)高30cm～50cm(USSR发明人证书356312,C 22d 3/12,1972号)。

使用此现有技术有助于补偿来自电解槽相邻行的磁场影响，但不会提供最佳的垂直磁场的设置来减少金属板隆起并增强电解槽MHD稳定性。

已知一种用于铝电解槽的母线(其中电解槽纵向设置在外壳中)，其含有连接至位于电解槽纵向侧的阴极总线堆的导杆，其每个具有至少一个阴极总线、通过连接总线连接至阴极总线堆以及通过传输总线连接至阳极总线的输入和输出阳极提升管。在输入和输出上，阳极总线具有输入和输出跨接线以及额外的跨接线。为了对在后电解槽的阳极施加目标电流负荷，改变用于施加电流负荷的电路中的电阻。其可以是4提升管式母线，其中两个输入提升管位于阴极突出部的电解槽输入端，两个输出提升管位于与电解槽中央横轴相距一段距离(其为电解槽长度的0.05～0.16)的纵向侧。制造的总线的每个提升管的电流分配如下：左侧输入提升管：15％～35％；右侧输入提升管：10％～40％；左侧输出提升管：15％～35％；右侧输出提升管：10％～40％(RF专利2281989,С25С3/16,2006号)。

该发明允许优化工艺的电磁特性和金属与浴槽的循环速率(但并不显著)，但不提供(充分地)电解槽的高MHD稳定性；母线相当大，难以安装；大量的接插件导致显著的电流损失(与还原工艺无关)；并且外部安装的阳极提升管使电解槽难以维修。

已知一种用于串联连接的高电流量铝电解槽的母线，其含有位于电解槽纵向侧上的两个提升管、位于电解槽阴极壳输入端的另外两个提升管、以及两个分别在电解槽纵向两侧的待组装的阴极总线。来自电解槽的导杆(其位于阴极壳输出端一侧)的电流在阴极总线的帮助下传输至位于在后电解槽纵向侧的提升管。传输来自电解槽的导杆(其在阴极壳输入端一侧上)的电流的阴极总线在电解槽下方沿着电解槽的纵轴和横轴放置。其至多抬升至电解槽阴极壳输出端处的金属准面，并且与位于在后电解槽阴极壳输入端的提升管连接(RF专利2,282,681,С25С7/06,2006号)。

这种已知母线对电解槽的磁场和高MHD稳定性提供了最佳的补偿，但母线本身相当大，并且电解槽纵向两侧的阳极提升管使得电解槽难以维修。

已知一种用于以两行纵向设置在外壳中的铝电解槽的母线，其含有阳极总线、提升管、导杆组的阳极总线堆，其中最靠近阴极输出端放置的导杆与位于输入端的提升管连接，而其余导杆与沿着在后电解槽的阴极壳侧面放置的提升管连接。阳极提升管在对应于阳极总线长度的1/3和2/3的点处与其连接；在距电解槽相邻行最远一侧上的阴极总线堆处在电解槽相对一侧上的阴极总线堆之下1.1m～2.7m；在前电解槽所有导杆的17.6％～20.6％与位于最靠近电解槽相邻行的一侧上的阳极总线的输出端连接。此外，连接至位于距电解槽相邻行最远一侧上的阳极总线输入端的导杆与那些连接至位于电解槽相对一侧上的总线输入端的导杆的数量比为1.14～1.7:1(RF专利2,004,630,C 25C 3/16,1993号)。

由于变化的电流分配、对称放置和外部安装的提升管以及阴极母线的不同位置准面，这种现有技术有助于通过对电解槽中间行的额外垂直分量的补偿以及沿横向分量的部分减少和对称性改善而改进磁流体动力学特性。然而，没有实现完善的改进，并且它们被实现是由于显著增加了单位结构的金属量以及母线设计的复杂性，这是非常显著的缺点。电解槽纵向侧上的阳极提升管使得此种电解槽难以维修。

已知一种用于对以纵向排列串联连接的铝电解槽供电的装置，其含有阳极总线、导杆和提升管，其位于输入端处并且在阳极壳的纵向侧中间。通过位于电解槽各行的内外侧的阴极总线堆准面的额外总线进行对电解槽相邻行场域的补偿。导杆被分组，其分别连接至单独的阴极总线堆(RF专利2,170,290,С25С3/16,2000号)。

此已知技术的缺点是由于对磁场的补偿不足，其不能在电解槽的电流量高(250kA以及更高)时用于纵向设置在外壳中的电解槽。电解槽在此种显著电流量下的稳定性是通过对电解槽浴槽中磁场设置的严格要求来确保的。由于阳极提升管位于电解槽的纵向侧上，所以难以进行正常电解槽运作。

已知一种用于串联连接的电解槽的母线，其含有位于电解槽纵向侧中间的两个提升管，另两个提升管位于电解槽阴极壳输入端。电流从位于阴极壳输入端的电解槽的导杆在阴极总线的帮助下被传输至位于在后电解槽纵向侧上的提升管。传输来自电解槽的导杆(其在阴极壳输入端一侧上)的电流的阴极总线在电解槽下方沿着电解槽的纵轴和横轴放置。其在电解槽阴极壳输出端处大致至多抬升至金属准面，并且与位于在后电解槽阴极壳输入端的提升管连接(RF专利2,328,556,С25С3/16,2006号)。如下进行对相邻行的电解槽的影响的补偿：通过总线将部分电流从靠近电解槽中间的导杆传输至电解槽的相对侧，所述总线在阴极壳下方运行并且大致至多抬升至金属的中间准面，然后返回阴极壳下方到达在后电解槽的中间提升管。

此已知技术的缺点是通过大母线设计以及在电解槽纵向侧上使用阳极提升管确保了高MHD稳定裕量。

就其技术本质和技术效果而言与提出的技术最接近的现有技术是一种用于纵向设置在外壳中的高电流量铝电解槽的母线，其含有阳极总线、位于阴极壳输入端和输出端的提升管以及导杆，所述导杆分为大致相等组，每个组连接至单独的导杆；其中最靠近阴极壳输入端的导杆组的阴极总线连接至位于输入端的提升管，而其余导杆组连接至位于电解槽输出端处的提升管(美国专利4,132,621,C25C 3/16,1979号)。

该已知现有技术的缺点是其由于对磁场的补偿不足而无法用于纵向设置并以小阳极-阴极距离(ACD)运行的电解槽。在低ACD运行的电解槽的MHD稳定性是通过对电解槽浴槽中磁场设置的严格要求来确保的。要进行适当的电解槽操作，必须最大化地减小垂直磁场的值。

本发明的目的是开发一种电解槽母线，其由于在低ACD下稳定运行而提供更高的电解槽生产率。

本发明的技术效果是通过优化电解槽浴槽中的磁场设置并减小垂直磁场的值来实现熔融物中的电力和磁力的高度补偿。

以如下方式实现以上目的：在用于纵向设置在外壳中的铝电解槽的母线中，该母线含有阳极总线、提升管和导杆，其中，所述导杆被分组，每组连接至单独的阳极总线，最靠近在前电解槽输入端的导杆组的阴极总线连接至位于在后电解槽的输入端的提升管，而其余导杆组连接至在后电解槽的输出端处的提升管。根据提出的方案，最靠近在前电解槽输入端的导杆组的阴极总线位于在前电解槽下方，并且其余导杆组的阴极母线位于在前电解槽和在后电解槽下方、或者位于在前电解槽和在后电解槽的下方并沿着在后电解槽前侧上的阴极壳放置。在此情况中，相对于位于在后电解槽输出端处的提升管，位于在后电解槽的输入端处的提升管被安装来偏离于所述电解槽的中心。

本发明具有特别的区别特征。

沿着在后电解槽前侧上的阴极壳安置的阴极总线负责分配占供给至位于在后电解槽输出端的提升管的总电流量的70％～100％的电流量。

对所要求保护的方案特征和现有技术特征的比较分析证实所述方案符合“新颖性”和“创造性”标准。

通过下列附图阐明本发明的实质：

图1显示具有位于在前电解槽和在后电解槽下方的阴极总线的母线的图。图2显示依照现有技术的母线的图。图3显示依照现有技术的150kA电解槽的磁场感应的垂直分量(以高斯计)。图4显示依照所要求保护母线的电解槽的磁场感应的垂直分量(以高斯计)。图5显示具有位于在前解槽和在后电解槽下方并沿着后一电解槽前侧的阴极壳安置的阴极总线的母线的图。

电解槽母线的设计包括位于在后电解槽的阴极壳输入端的两个提升管1和2，其相对于电解槽的中间对称；以及对称地位于在后电解槽的阴极壳输出端的两个提升管3和4。对于现有技术而言(参见图2)，导杆位于输入端一侧的部分在阴极总线5和6的帮助下连接至提升管1和2。阴极总线7和8将电流从阴极壳输出端一侧的电解槽的导杆传输至提升管3和4。所要求保护的母线(图1、5)的特征在于，阴极电流集流在电解槽下方。位于输入端一侧的部分导杆在阴极总线5和6的帮助下连接至提升管1和2并且位于电解槽下方。阴极总线7和8位于两个电解槽下方并且将电流从阴极壳输出端一侧的电解槽的导杆传输至提升管3和4。可以使阴极总线处于电解槽前侧，不处于在后电解槽的下方，而是在前侧上的沿着在后电解槽阴极壳一侧。较高的电流被输送至在在后电解槽前侧的阴极总线而不是该电解槽后侧的阴极总线，这对相邻行的电解槽的磁场作出补偿(图5)。在有限的情况中，当通过所述总线传输100％的电流时，本发明具有3提升管式母线：两个提升管在电解槽输入端，一个提升管在输出端。

高MHD稳定性与垂直磁场在电解槽浴槽中的最小化有关。由于较低ACD下的稳定电解槽运行而实现了电解槽工艺参数的增加。

所提出的技术方案的效果显示在图3中，其显示了熔融金属层中的垂直磁场线。与图4(依照现有技术的磁场)的比较显示，当根据所述母线图施加电流时(包括使电流在电解槽下方运转)，其使得垂直磁场值显著降低。如关于MHD稳定性的详细数值计算显示，新母线提供了显著更高的电解槽MHD稳定性。

Claims (2)

1.一种母线，其用于纵向设置在外壳中的铝电解槽，所述母线含有阳极总线、提升管和导杆，所述导杆被分组，每组导杆连接至单独的阴极总线，并且最靠近在前电解槽的输入端的导杆组的阴极总线连接至位于在后电解槽的输入端的提升管，而其余导杆组连接至所述在后电解槽的输出端处的提升管，所述母线的特征在于，最靠近所述在前电解槽的输入端的导杆组的阴极总线位于所述在前电解槽下方，并且其余导杆组的阴极总线位于所述在前电解槽和所述在后电解槽的下方、或者位于所述在前电解槽和所述在后电解槽的下方且沿着所述在后电解槽前侧上的阴极壳安置，从而相对于位处所述在后电解槽的输出端处的提升管，位于所述在后电解槽的输入端处的提升管被安装来偏离于所述在后电解槽的中心。

2.如权利要求1所述的母线，其特征在于沿着所述在后电解槽的前侧上的阴极壳安置的所述阴极总线负责分配占供给至位于所述在后电解槽输出端的提升管的总电流量的70％～100％的电流量。