RU2107754C1

RU2107754C1 - Bus arrangement of electrolyzer for production of aluminum

Info

Publication number: RU2107754C1
Authority: RU
Inventors: В.А. Шрамко
Original assignee: Акционерное общество открытого типа "Всероссийский алюминиево-магниевый институт"
Priority date: 1991-12-04
Filing date: 1991-12-04
Publication date: 1998-03-27

Abstract

FIELD: nonferrous metallurgy, particular, electrolytic production of aluminum in electrolyzers of large capacities installed into two rows across electrolyzer body. SUBSTANCE: the offered bus arrangement includes collecting buses, input buses and anode uprights. Collecting bus of input side is separated into parts, from each current is directed to different uprights of electrolyzer. Collecting buses of output side are interconnected by vertical buses with middle uprights, and by horizontal bus, with extreme upright of electrolyzer side opposite to adjacent row of electrolyzers. EFFECT: higher efficiency. 1 cl, 4 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к электролитическому получению алюминия в электролизерах поперечно размещенных в корпусе электролиза и соединенных друг с другом в последовательную электрическую цепь. The present invention relates to the field of non-ferrous metallurgy, in particular to the electrolytic production of aluminum in electrolyzers transversely placed in the electrolysis body and connected to each other in a series electric circuit.

Соединение электролизеров осуществляется системой токоподводящих шин, одним из основных требований к которой является создание в расплаве магнитного поля, оказывающего минимально возможное отрицательное влияние на стабильность технологического процесса. The electrolysers are connected by a current-carrying busbar system, one of the main requirements for which is the creation of a magnetic field in the melt, which has the minimum possible negative effect on the stability of the process.

Известна ошиновка алюминиевого электролизера поперечно установленного в корпусе электролиза (патент СССР N 865135), содержащая катодные пакеты шин входной и выходной стороны, обводные шины, стояки и анодные распределительные шины. Анодная распределительная шина через стояки, расположенные у ее концов, и обводные шины связана с катодными пакетами шин входной стороны, и через стояки, установленные у входной стороны, одновременно связана с катодными пакетами выходной стороны, а через обводные шины - с катодными пакетами шин входной стороны предыдущего в цепи электролизера, причем через стояки, расположенные у концов анодной распределительной шины, проходит 1/4 - 1/8, а через остальные стояки по 1/4 - 3/8 тока серии. Known busbar aluminum electrolyzer transversely mounted in the electrolysis casing (USSR patent N 865135), containing cathode packages of tires of the input and output sides, bypass tires, risers and anode distribution buses. The anode distribution bus through the risers located at its ends and the bypass buses is connected to the cathode packets of the input side buses, and through the risers installed on the input side, it is simultaneously connected to the cathode packets of the output side, and through the bypass buses to the cathode packets of the input side buses 1/4 - 1/8 passes through the risers located at the ends of the anode distribution bus, and 1/4 - 3/8 of the series current passes through the remaining risers.

Недостатком ошиновки является наличие стояков, установленных в торцах электролизера, что не позволяет получить магнитное поле, удовлетворяющее предъявляемым к нему требованиям, особенно при большой силе тока. The disadvantage of the bus is the presence of risers installed at the ends of the electrolyzer, which does not allow to obtain a magnetic field that meets the requirements for it, especially at high amperage.

Известен токоподвод к алюминиевому электролизеру (патент СССР N 1595345), характеризующийся наличием дополнительной цепи коррекции магнитного поля, расположенной параллельно поперечной оси электролизера у торца катодного кожуха. Недостатком данного решения является повышенный расход металла на компенсирующие шины и дополнительный расход электроэнергии в них. Known current lead to an aluminum electrolysis cell (USSR patent N 1595345), characterized by the presence of an additional magnetic field correction circuit located parallel to the transverse axis of the cell at the end of the cathode casing. The disadvantage of this solution is the increased metal consumption for compensating tires and the additional energy consumption in them.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является решение, описанное в патенте СССР N 682143 и принятое за прототип. В патенте описано устройство для компенсации магнитного поля в серии алюминиевых электролизеров, установленных в корпусе в два ряда. Устройство содержит катодные шины и не менее двух сборных пакетов катодных шин у каждого торца электролизера. Для снижения вредного воздействия на расплав магнитного поля, создаваемого током соседнего ряда электролизеров, под днищем электролизера параллельно его торцу, наиболее удаленному от соседнего ряда электролизеров, в плоскости, составляющей 459 с торцевой поверхностью анода, проложена дополнительная компенсирующая катодная шина с образованием параллельной электрической цепи со сборным пакетом катодных шин входной стороны электролизера, противоположной соседнему ряду электролизеров. The closest in technical essence to the proposed invention is the solution described in USSR patent N 682143 and adopted as a prototype. The patent describes a device for compensating a magnetic field in a series of aluminum electrolyzers installed in a housing in two rows. The device contains cathode buses and at least two prefabricated packages of cathode buses at each end of the cell. To reduce the harmful effect on the melt of the magnetic field created by the current of the neighboring row of electrolyzers, under the bottom of the electrolyzer parallel to its end farthest from the next row of electrolyzers, in the plane of 459 with the end surface of the anode, an additional compensating cathode bus is laid with the formation of a parallel electric circuit with a combined package of cathode buses of the input side of the cell opposite the adjacent row of cells.

Недостатком прототипа является невозможность создания магнитного поля требуемой конфигурации во всей шахте электролизера при значительных линейных размерах электролизера большой мощности. The disadvantage of the prototype is the inability to create a magnetic field of the desired configuration in the entire cell shaft with significant linear dimensions of the electrolytic cell of high power.

Техническим результатом изобретения является увеличение производительности электролизера за счет увеличения выхода по току при компенсации отрицательного влияния магнитного поля соседнего ряда электролизеров. The technical result of the invention is to increase the productivity of the cell by increasing the current efficiency while compensating for the negative effect of the magnetic field of the adjacent row of cells.

Технический результат достигается тем, что в ошиновке электролизера для получения алюминия при его поперечной двухрядной установке в корпусе, включающей установленные вдоль продольных сторон электролизера сборные шины с подключенными к ним катодным стержнями, установленные вдоль торцов и под днищем электролизера подводящие шины, а также анодные стояки, расположенные на входной стороне электролизера, сборная шина входной стороны разделена на две части, к каждой из которых подключено равное количество катодных стержней, причем сборная шина стороны электролизера, ближайшей к соседнему ряду электролизеров, соединена с шиной, проходящей вдоль торца и соединенной с крайним стояком, а сборная шина противоположной стороны - с шиной, проходящей вдоль противоположного торца и соединенной с крайним стояком, и с шиной, установленной под днищем электролизера и соединенной со средними стояками, при этом к каждой подводящей шине этой стороны подключено равное количество катодных стержней, подводящая шина, расположенная вдоль торца, обращенного к соседнему ряду электролизеров, установлена ближе к электролизеру, чем подводящая шина противоположного торца, а сборные шины выходной стороны соединены вертикальными шинами со средними стояками и горизонтальной шиной с крайним стояком стороны электролизера, противоположной соседнему ряду электролизеров. The technical result is achieved in that in the busbar of the electrolytic cell for producing aluminum with its transverse two-row installation in the housing, including busbars installed along the longitudinal sides of the cell with cathode rods connected to them, busbars installed along the ends and under the bottom of the cell, as well as anode risers, located on the input side of the cell, the busbar of the input side is divided into two parts, each of which is connected to an equal number of cathode rods, and the team the bus of the side of the cell closest to the adjacent row of cells is connected to the bus running along the end and connected to the extreme riser, and the busbar of the opposite side is connected to the bus running along the opposite end and connected to the extreme riser, and with the tire installed under the bottom of the cell and connected to the middle risers, while an equal number of cathode rods is connected to each supply bus of this side, the supply bus located along the end facing the adjacent row of electrolyzers, anovlena closer to the cell than summing bus opposite end, a prefabricated outlet side connected to vertical bus tires middle row line and risers with a riser extreme sides of the cell opposite the adjacent row of cells.

Поиск по источникам научно-технической и патентной литературы показал, что такая совокупность признаков не заявлена, значит, решение отвечает критерию "существенные отличия". A search by sources of scientific, technical and patent literature showed that such a totality of features was not stated, which means that the solution meets the criterion of "significant differences".

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что размещение подводящих шин под днищем электролизера, соединение их со средними стояками, а участка сборных шин выходной стороны электролизера, противоположной соседнему ряду электролизеров, - с крайним стояком при направлении половины тока входной стороны вокруг торца электролизера, ближайшего к соседнему ряду электролизеров, к крайнему стояку, а четверти тока вокруг противоположного торца к крайнему стояку и четверти тока под днищем электролизера к средним стоякам, позволяет компенсировать магнитное поле как смежных электролизеров, так и электролизеров среднего ряда. Указанное решение позволяет проектировать ошиновки для электролизеров на силу тока свыше 150 кА при достаточном запасе стабильности расплава. The essence of the invention lies in the fact that the placement of the supply busbars under the bottom of the cell, their connection with the middle risers, and the section of busbars of the output side of the cell opposite the adjacent row of cells, with the extreme riser in the direction of half the current of the input side around the end of the cell closest to the next row of electrolyzers, to the extreme riser, and a quarter of the current around the opposite end to the extreme riser and a quarter of the current under the bottom of the electrolyzer to the middle risers, allows mpensirovat magnetic field as the adjacent electrolytic cells and electrolysers of the middle row. This solution allows you to design busbars for electrolyzers for currents exceeding 150 kA with a sufficient margin of stability of the melt.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами:
фиг. 1 - схема ошиновки;
фиг. 2 - эпюры составляющих индукции магнитного поля;
фиг. 3 - контуры циркуляции жидкого алюминия;
фиг. 4 - форма поверхности раздела металл-электролит.The essence of the invention is illustrated by drawings:
FIG. 1 is a bus diagram;
FIG. 2 - diagrams of the components of the magnetic field induction;
FIG. 3 - circuits of circulation of liquid aluminum;
FIG. 4 - the shape of the metal-electrolyte interface.

Стрелкой на чертежах показано направление тока. The arrow in the drawings shows the direction of the current.

Значения магнитной индукции даны в гауссах в середине слоя расплавленного металла по периметру анодного массива электролизера. Magnetic induction values are given in Gauss in the middle of the molten metal layer around the perimeter of the anode array of the cell.

Сборные шины 1 и 2 (фиг. 1) установлены на входной стороне электролизера 3. Шина 1 соединена шиной 4, огибающей торец электролизера, с крайним стояком 5 следующего электролизера, а сборная шина 2 соединена шиной 6, огибающей противоположный торец электролизера, с крайним стояком 7 следующего электролизера и шиной 8, установленной под днищем электролизера 3 со средними стояками 9 следующего электролизера. Сборная шина 10 выходной стороны электролизера соединена вертикальными шинами 11 со средними стояками 9, а сборная шина 12 соединена шиной 13 с крайним стояком 7 следующего электролизера. Шина 4 установлена ближе к электролизеру, чем шина 6. Busbars 1 and 2 (Fig. 1) are installed on the input side of the electrolysis cell 3. Bus 1 is connected by a bus 4, enveloping the end of the cell, to the extreme riser 5 of the next cell, and busbar 2 is connected by the bus 6, enveloping the opposite end of the cell, to the extreme riser 7 of the next cell and a bus 8 mounted under the bottom of the cell 3 with the middle risers 9 of the next cell. The busbar 10 of the output side of the cell is connected by vertical tires 11 with the middle risers 9, and the busbar 12 is connected by a bus 13 with the extreme riser 7 of the next cell. Bus 4 is installed closer to the electrolyzer than bus 6.

Ток от катодных стержней собирается сборной шиной 1 входной стороны и направляется по шине 4 вокруг торца электролизера к крайнему стояку 5, сборной шиной 2 входной стороны и направляется по шине 6 вокруг противоположного торца к крайнему стояку 7 и по шине 8, расположенной под днищем электролизера, к средним стоякам 9. От катодных стержней выходной стороны ток собирается сборными шинами 10 и 12. От шины 10 ток направляется по вертикальным шинам 11 к средним стоякам 9, а от шины 12 по шине 13 - к крайнему стояку 7. The current from the cathode rods is collected by the input side busbar 1 and sent along the bus 4 around the end of the cell to the extreme riser 5, the input side busbar 2 and is sent along the bus 6 around the opposite end to the extreme riser 7 and along the bus 8 located under the bottom of the cell, to the middle risers 9. From the cathode rods of the output side, the current is collected by busbars 10 and 12. From the bus 10, the current is directed along the vertical buses 11 to the middle risers 9, and from the bus 12 along the bus 13 to the extreme riser 7.

Током соседнего ряда в шахте электролизера создается дополнительное магнитное поле с положительным значением вертикальной составляющей магнитной индукции (BZ). При этом в зоне, приближенной к соседнему ряду, величина BZ больше, а в зоне, удаленной от соседнего ряда, - меньше. By the current of the adjacent row, an additional magnetic field is created in the cell of the electrolyzer with a positive value of the vertical component of magnetic induction (BZ). Moreover, in the zone close to the neighboring row, the value of BZ is greater, and in the zone remote from the neighboring row, it is smaller.

Компенсация влияния магнитного поля соседнего ряда электролизеров обеспечивается следующими моментами:
направлением по шине 4 вокруг торца электролизера, ближайшего к соседнему ряду, к крайнему стояку большего тока, чем вокруг противоположного торца. Током, протекающим по шине 4, создается магнитное поле с отрицательным значением BZ, которое компенсирует дополнительное вертикальное поле от соседнего ряда в районе этого торца. Приближение шины 4 к торцу электролизера также способствует компенсации дополнительного поля в этой зоне;
отбором части тока, направляемого вокруг противоположного торца электролизера к крайнему стояку, и направлением его под днищем электролизера к средним стоякам. Этим достигается уменьшение дополнительного вносимой вертикальной составляющей магнитной индукции в зоне торца, удаленного от соседнего ряда электролизеров;
направлением части тока выходной стороны электролизера по шине 13 вдоль его продольной стороны в зоне торца, удаленного от соседнего ряда, к пакету, проходящему вдоль торца электролизера. Током этого пакета создается поле с отрицательным значением вертикальной составляющей магнитной индукции, также положительно влияющее на общий характер поля в расплаве.Compensation of the influence of the magnetic field of the neighboring row of electrolyzers is provided by the following points:
direction along the bus 4 around the end of the electrolyzer closest to the adjacent row, to the extreme riser of a larger current than around the opposite end. The current flowing through bus 4 creates a magnetic field with a negative value of BZ, which compensates for the additional vertical field from the adjacent row in the region of this end. The proximity of the tire 4 to the end of the cell also contributes to the compensation of the additional field in this area;
selection of a part of the current directed around the opposite end of the cell to the extreme riser, and its direction under the bottom of the cell to the middle risers. This achieves a decrease in the additional introduced vertical component of the magnetic induction in the end zone remote from the adjacent row of electrolyzers;
the direction of the current portion of the output side of the electrolyzer along the bus 13 along its longitudinal side in the area of the end face, remote from the adjacent row, to the packet passing along the end of the cell. The current of this packet creates a field with a negative value of the vertical component of magnetic induction, which also positively affects the general nature of the field in the melt.

На фиг. 2 приведены значения горизонтальной поперечной (BX), горизонтальной продольной (BY) и вертикальной (BZ) составляющих индукции магнитного поля. In FIG. Figure 2 shows the horizontal transverse (BX), horizontal longitudinal (BY), and vertical (BZ) components of the magnetic field induction.

Из приведенных эпюр можно сделать вывод о достаточной симметрии магнитного поля по (BZ) и по (BX) и о небольшой абсолютной величине значений магнитной индукции. From the above diagrams it can be concluded that the magnetic field is symmetric enough in (BZ) and (BX) and that the absolute value of the magnetic induction is small.

В описании ошиновки по патенту СССР N 682143 (прототип) приведены значения вертикальной составляющей магнитной индукции в расплаве электролизера на силу тока 90 кА. Успешным решением поставленной задачи признается изменение магнитной индукции со 110 до 90 гаусс и с 10 до 30. На практике же такая асимметрия поля не позволит работать электролизеру в нормальном технологическом режиме. In the description of the busbar according to USSR patent N 682143 (prototype), the values of the vertical component of magnetic induction in the melt of the electrolytic cell at a current strength of 90 kA are given. A successful solution of the problem is the change in magnetic induction from 110 to 90 gauss and from 10 to 30. In practice, such an asymmetry of the field will not allow the electrolyzer to operate in normal technological mode.

В предлагаемом решении для силы тока 175 кА получены значения вертикальной составляющей под углам анодного массива от 9 до 28 гаусс при значениях горизонтальной поперечной составляющей, не превышающих 34 гаусс, что свидетельствует о возможности достижения стабильного технологического режима работы электролизера. Приведенные расчетные значения магнитной индукции позволят достичь 92-93% выхода по току, что превышает достигнутый в отечественной практике уровень производительности и сопоставимо с уровнем лучших мировых фирм. In the proposed solution, for the current strength of 175 kA, the values of the vertical component at the angles of the anode array from 9 to 28 gauss are obtained with the values of the horizontal transverse component not exceeding 34 gauss, which indicates the possibility of achieving a stable technological mode of operation of the electrolyzer. The calculated magnetic induction values given will make it possible to achieve 92-93% current efficiency, which exceeds the level of productivity achieved in domestic practice and is comparable to the level of the best world companies.

Для предлагаемого изобретения выполнены расчеты магнитного поля, формы границы раздела металл - электролит, контуров циркуляции металла. Результаты расчетов приведены на фиг. 2 - 4. По результатам расчетов разработаны рабочие чертежи для ошиновки корпуса, оснащенного электролизерами на силу тока 175 кА, установленными поперечно в два ряда. For the present invention, calculations of the magnetic field, the shape of the metal-electrolyte interface, and the metal circulation circuits are performed. The calculation results are shown in FIG. 2 - 4. Based on the results of calculations, working drawings were developed for busbar housing equipped with electrolytic cells for a current strength of 175 kA, mounted transversely in two rows.

Claims

The busbar of the cell for producing aluminum with its transverse two-row installation in the housing, including busbars installed along the longitudinal sides of the cell with cathode rods connected to them, busbars installed along the ends and under the bottom of the cell, as well as anode risers located on the input side of the cell, characterized the fact that, in order to increase the productivity of the electrolyzer by increasing the current efficiency while compensating for the negative influence of the magnetic field of the adjacent row and electrolyzers, the input side busbar is divided into two parts, each of which has an equal number of cathode rods, the busbar of the side of the cell closest to the adjacent row of electrolyzers is connected to the bus passing along the end and connected to the extreme riser, and the bus bar the opposite side - with a tire running along the opposite end and connected to the extreme riser, and with a tire installed under the bottom of the cell and connected to the middle risers, with each leading bus on the same side, an equal number of cathode rods is connected, the supply bus located along the end facing the adjacent row of electrolyzers is installed closer to the electrolyzer than the supply bus of the opposite end, and the busbars of the output side are connected by vertical buses to the middle risers and the horizontal bus to the extreme riser side of the cell opposite the adjacent row of cells.