RU2004630C1 - Ошиновка электролизеров дл получени алюмини при продольном двухр дном расположении их в корпусе - Google Patents

Abstract

Использование: ошиновки электролизеров дл  получени  алюмини  при продольном двур дном расположении их в корпусе. Целью изобетени   вл етс  - увеличение выхода алюмини  по току. Сущность заключаетс  в том, что пакеты сборных катодных шин на стороне, дальней от соседнего р да электролизеров, размещают на уровне ниже на 1,1 - 2.7 м, чем подобные пакеты на противоположной стороне электролизера. Во входной торец анодной шины, расположенной на стороне, ближней от соседнего р да, поступает 16.7 - 20,6% тока серии. При этом отношение силы тока поступающего во входной торец анодной шины, расположенной на дальней от соседнего р да стороне электролизера, к силе тока, подаваемого во входной торец противоположной анодной шины данного электролизера, находитс  в пределах (12 - 1.7): 1. Указанные выше параметры подбираютс  в зависимости от силы тока, рассто ни  между р дами электролизеров с помощью математического ипи физического моделировани  2 зп.ф-лы, 5 ил.

Description

Изобретение относитс  к цветной металлургии и может быть использовано в конструкции токоподвода алюминиевых электролизеров с продольным размещением их в корпусе электролиза,

Известна ошиновка электролизеров дл  получени  алюмини  при продольном двух- р дном расположении электролизеров в корпусе, включающа  катодные спуски, выход щие за борт катодного кожуха и соеди- ненные с катодными шинами, вдоль борта катодного кожуха, противоположного соседнему р ду электролизеров, дополнительно установлены Г-образные шины, соединенные вертикальными част ми с входными участками катодных шин, а горизонтальными част ми - с катодными спусками (авт.св. 1284273).

Недостатком известной ошиновки  вл етс  высока  степень неравномерности рас- пределени  магнитного пол  в расплаве, а также значительные по абсолютной величине значени  поперечной (Ну) и вертикальной (Hz) составл ющих магнитного пол , не обеспечивающие оптимальную магнитно- гидродинамическую стабильность (МГД) расплава дл  электролизеров силой тока свыше 160 кА.

Известна также ошиновка алюминиевых электролизеров при продольном распо- лохении в корпусе, содержаща  анодныэ шины, сто ки, пакеты катодных шин групп стержней, ближайших к входному торцу катодного устройства, соединенные со сто ками , расположенными у входного торца, а остальные группы катодных стержней - со сто ками, расположенными вдоль бортов катодного кожуха последующего электролизера . При разделении катодных стержней на ДБЭ группы сто к, расположенный у бор- та, соединен с анодной шиной в ее середине , а при разделении катодных стержней на три группы сто ки расположены так, что они соединены с анодной шиной в точках, дел щих ее длину соответственно 1:3 и 2:3 1.

Недостатком известного изобретени   вл етс  снижение выхода алюмини  по току при наличии соседнего второго р да электролизеров в корпусе, Соседний р д будет создавать в расплаве электролизеров с ошиновкой указанной конструкции дополнительную , вертикальную вверх направленную составл ющую магнитного пол  ( A Bz), котора  будет нарушать симметрию магнит- ного пол  по этой составл ющей и  витс  причиной снижени  магнитно-гидродинамической стабильности расплава, что в свою очередь отрицательно отразитс  на выходе алюмини  по току, стойкости борто5

0 5

0 5 0 5

0 5

вой настыли, а значит и сроке службы катодного устройства.

Целью изобретени   вл етс  увеличение выхода алюмини  по току.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что пакеты сборных катодных шин на стороне, дальней от соседнего р да электролизеров, размещаютс  на уровне ниже на 1,1+2,7 м, чем подобные пакеты на противоположной стороне электролизера. К входному торцу анодной шины, расположенной на стороне, ближней от соседнего р да, подключаетс  16,,6% всех катодных стержней предыдущего электролизера. При .этом отношение количества катодных стержней, подключенных к торцу анодной шины, расположенной на дальней от соседнего р да стороне электролизера, к количеству катодных стержней, подключенных к входному торцу противоположной анодной шины данного электролизера, находитс  в пределах (1,2+1,7):1, Указанные выше параметры подбираютс  в зависимости от силы тока, рассто ни  между р дами электролизеров с помощью математического или физического моделировани ,

На фиг. 1 показана предлагаема  ошиновка дл  электролизера на 190 кА при рассто нии между р дами электролизеров 12,8 м, вид сверху; на фиг. 2 - вид со стороны продольного борта катодного кожуха, противоположного соседнему р ду электролизеров в корпусе. На графиках фиг. 3, 4, 5 - сравнительные характеристики магнитного пол  в расплаве электролизеров с ошиновкой по предлагаемому и известному способам ,

Устройство включает катодные стержни 1, разделенные на три отдельные группы 2, 3, 4 и 5, 6, 7 на каждой стороне электролизера , кажда  из которых соединена с самосто тельным пакетом сборных катодных шин 8, 9, 10 и 11, 12, 13. Пакеты катодных шин 8 и 11 соединены со сто ками 14, 15, а пакеты шин 9,10,12,13-со сто ками 16,17,18,19, расположенными вдоль бортов катодного кожуха. Сто ки 16, 17, 18, 19 соединены с анодными шинами 20, 21 в точках 22 и 23, дел щих длину анодных шин в соотношении 1:3 и 2:3.

Ошиновка работает следующим образом . Ток с катодных стержней 1 собираетс  в 6 групп пакетов катодных шин 8-13. Ток, собирающийс  с групп стержней 2,5, расположенных вблизи входного торца электролизеров , поступает по шинам 8, 11 в сто ки 14, 15, расположенные на продольных сторонах между рассматриваемым и последующих электролизерами. Ток с остальных катодных стержней собираетс  в два единаковых пакета на каждой стороне Э, 10 и 12, 13, зачем поступает в два анодных сто ка на каждой стороне 16, 17, 18, 19 последующего электролизера. Из сто ков ток распредел етс  в анодные шины 20, 21. Количество тока, подаваемого через сто ки 14, 15 во входные торцы анодных шин с помощью подключени  к ним соответствующего количества катодных стержней предыдущего электролизера, находитс  в пределах 1,7- 35,0% от тока серии, что создает в анодных однонаправленный к выходному торцу убывающий ток, создающий в расплаве разномерно убывающую от входного к выходному торцу поперечную (Ву) составл ющую магнитного пол , направленную справа-налево, т.е. положительную по знаку относительно выбранной системы координат. В совокупности с магнитным полем, создаваемым в расплаве сборными катодными шинами, в которых ток наоборот возрастает от входного к выходному торцу и, в св зи с тем, что шины расположены ниже уровн  расплава и создают отрицательную Ву, в рабочей зоне электролизера создаетс  относительно симметричное и невысокое по абсолютному значению поле по Ву составл ющей. Наличие двух симметрично расположенных анодных сто ков на каждой продольной стороне обеспечивает равномерное распределение магнитного пол  в объеме расплава по всем составл ющим магнитного пол . С целью компенсации вли ни  соседнего р да электролизеров, пакеты катодных шин

11,12, 13 ча глухой стороне рассматриваемого электролизера наход тс  ниже уровн  металла и пакетов катодных шик, расположенных на противоположной стороне электролизера 8, 9 10. В таком случае пакеты 8, 9, 10 создают в расплаве отрицательную по знаку (вниз направленную) Вг составл ющую, котора  компенсирует Вг от соседнего р да электролизеров. Кроме того, само удаление пакетов 11, 12, 13 от металла способствует снижению Bz на глухой стороне . В результате совокупного действи  указанных  влений s расплаве создаетс  симметричное относительно невысокое по абсолютному значению магнитное поле по Bz составл ющей. Однако, наход сь на разных уровн х, катодные шины глухой и лицевой сторон могут создавать в расплаве несимметричную относительно продольной оси Ву составл ющую. В св зи с тем, что на глухой стороне пакеты катодных шин 11,

12,13 наход тс  в большей степени ниже уровн  расплава, то на этой стороне Bv должна иметь более высокие значени  в рабочей зоне электролизера, чем на противоположной стороне Чтобы уменьшить указанный

недостаток, во еходной fкодмой шины на глухой стороне с помощью подключени  к нему соответствующего количества катодных стержней предыдущего электро- 5 лизера подаетс  больший в 1,2-1,7 раза ток, чем в анодную шину на лицевой стороне. Избыток тока на входе в анодную шину на глухой стороне своим магнитным полем частично компенсирует Ву составл ющую в

0 расплаве на этой стороне. Тем самым обеспечиваетс  относительно симметричное магнитное поле в расплаве электролизера по поперечной составл ющей,

Пример. Ошиновка электролизера на

5 силу тока 190 кА при продольном двухр дном расположении в корпусе и рассто нием между р дами равном 12,8 м может быть выполнена как на фиг. 1, 2. Сборные пакеты катодных шин на лицевой стороне 8, 9, 10

0 располагаютс  на высоте 3,17 м от отметки

±0,0 м. Аналогичные пакеты на глухой

стороне 11, 12, 13 размещаютс  на уровне

+1,0 м. Таким образом пакеты шин 11, 12. 13

наход тс  ниже уровн  пакетов 8, 9, 10 кэ

5 2,17 м. Во входной торец анодной шины ьэ лицевой стороне 20 поступает ток силой 39,12 кА за счет подключени  к нему 20,6% катодных стержней предыдущего элелфо- лизера. Во входкой торец анодной шинм на

0 противоположной стороне подаетс  50,29 кА тока Отношение количества катодных стержней, подключенных к входному горцу анодной шины на глухой стороне, к количеству катодных стержней подключенных к

5 входному торцу на лицевой стороне составл ет как 1,29:1,

К описанию за вки прилагаютс  расчеты , выполненные с помощью компьютера по формуле Био-Савара-Лэпласа магнитного

0 пол  в 81-й точке в середине уровн  металла по схеме, как это показано нз фиг. 3. дл  электролизеров с ошиновками предлагаемой конструкции и аналогом. Дл  большей нагл дности и сравнимости результаты рас5 четов нанесены на графиках фиг. 3 4, 5.

Как видно из графиков и расчетов, предлагаема  ошиновка обеспечивает в расплаве более симметричные и меньшие по абсолютной величине значени  Ну и Hz co0 ставл ющих магнитного пол , которые, ак известно, определ ют магнитно-гидродинамическую устойчивость расплава в электролизере , а значит, и выход алюмини  по току Согласно расчетов среднее значение Ну со5 стзвл ющей а расплаве электролизера аналога по абсолютной величине в 1,3 раза больше, чем у электролизера с предлагаемой оцинковкой. Среднее значение по Н2 составл ющей аналогично больше в 1,4 р - за, Если прин ть за некий критерий величину составл ющей магнитного пол  15 га/м, то в расплаве электролизера с ошиновкой по предлагаемому решению площадь расплава , где Ну менее 15 га/м, составл ет 53,1%, по Нг - 85,2%. В то врем  как дл  электролизера аналога эти величины меньше и соответствуют 49,4 и 53,3%.

Толщина сло  электролита и жидкого алюмини  в электролизере меньше горизонтальных размеров ванны, то естественно , основна  циркул ци  расплава будет происходит в горизонтальной плоскости (плоскости XOY).

Известно, что поле скорости в рабочей зоне электролизера определ етс  особенност ми распределени  электромагнитной силы, дл  характеристики которых наиболее подход щим  вл етс  ротор электромагнитной силы:

rotF -rotr x6,(1)

где вектор плотности тока;

Ef - вектор магнитной индукции.

Ответственной за планомерную циркул цию будет  вл тьс  2 - составл юща  ротора силы:

(шв. «тО ГУ

rotF)

(2)

В свою очередь пленарные электромагнитные силы можно определить из выражений:

Fy - Jz x Bx - jx x Bz(3)

Fx - jy x Bz - J x By.(4)

использу  (2), (3) и (4), получим

(ro,p)Z,a-|-+H,-|--« .-tr-н. -I- +J -Jx- -llF-SgL+J ,

Далее представлены средние значени  степени изменени  составл ющих напр женности магнитного пол  вдоль координат (гА/м ), соответствующие 4-м последним членам уравнени  (5),

Как видно из данных, указанных выше,

градиенты составл ющих напр женности магнитного пол , вход щие в уравнение (5) во всех случа х у электролизера с ошиновкой , предлагаемой в за вке существенно меньше, чем.в расплаве электролизера с

ошиновкой-аналогом соответственно: на 41,5, 71,4, 38,2, 23,7%. Кроме того, Ну и Hz, вход щие в уравнение (5), также меньше в расплаве электролизера с предлагаемой ошиновкой, чем уже отмечалось выше.

На основании изложенного можно отметить , что в среднем ротор сил в рабочей зоне электролизера с предлагаемой ошиновкой существенно меньше, чем у электролизера аналога. Т.е. электролизер с предлагаемой ошиновкой, име  существенно меньшие скорости циркул ционных потоков , по сравнению с прототипом, более МГД-устойчив. Это обеспечивает более высокий выход алюмини  по току, способствует стабилизации теплового пол  электролизера , а значит, увеличивает возможность создани  более стойкой естественной бортовой настыли, что в конечном итоге положительно отражаетс  на сроке службы катодного устройства электролизера.

Анализиру  степень изменени  составл ющих напр женности магнитного пол  в расплаве электролизера с ошиновкой-аналогом , следует отметить их наиболее высокие величины (до 15+35 га/м2} в районе анодных сто ков, расположенных на продольных сторонах. Таким образом, (rot Fe)z в этих област х сравнительно высок, а значит , в этих местах наблюдаетс  повышенна  активность расплава, что в конечном итоге может привести к расплавлению бортовой настыли в област х и возможны протеки расплава через борт. В св зи с тем, что

предлагаема  ошиновка содержит по два сто ка на каждой продольной стороне, воздействие их на расплав рассредоточиваетс  более равномерно по объему и отмеченный выше недостаток отсутствует.

50

(56) Патент СССР № 738518, кл. С 25 С 3/16, 1980.

Claims (3)

1. ОШИНОВКА ЭЛЕКТРОЛИЗЕРОВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНИЯ ПРИ ПРОДОЛЬНОМ ДВУХРЯДНОМ РАСПОЛОЖЕ- НИИ ИХ В КОРПУСЕ, содержаща  анодные шины, сто ки, пакеты катодных шин групп стержней, из которых ближние к входному торцу катодного устройства соединены со сто ками, расположенными у входного торца, а остальные - со сто ками, расположенными вдоль бортов катодного кожуха последующего электролизера, анодные сто ки соединены с анодной шиной в точках, соответствующих 1/3 и 2/3 ее длины, отличающа с  тем, что, с целью увеличени  выхода алюмини  по току за счет компенсации вли ни  магнитного пол  соседнего р да, пакеты катодных шин , на стороне, дальней от соседнего р да

электролизеров, установлены -ниже пакетов катодных шин на противоположной стороне электролизера на 1.1 - 2,7 м.

2.Ошиновка по п.1, отличающа с  тем, что к выходному торцу анодной шины, расположенной на стороне, ближней к соседнему р ду электролизеров, подсоединено 17,6 - 20,6% всех катодных стержней предыдущего электролизера,

3.Ошиновка по п.2, отличающа с  тем, что отношение количества катодных стержней , подключенных к входному торцу анодной шины, расположенной на стороне, дальней от соседнего р да электролизеров , к количеству катодных стержней, подключенных к входному торцу анодной шины, расположенной на противоположной стороне электролизера, составл ет 1,14- 1,7: 1,

//////////////7777777/

//////

Фиг. 2

CD

«Т О

о

1t

и

Соседний PSH змктро/шзероЗ

Соседний р д злех/ ре/и/зе/юЯ

+Н|1

39,КкА

67,№кА

Фиг. 5