RU2169797C1

RU2169797C1 - Rus arrangement of aluminum electrolyzer

Info

Publication number: RU2169797C1
Application number: RU2000102533A
Authority: RU
Inventors: С.А. Парамонов; Е.Н. Максютов; Л.В. Рагозин; А.А. Ефимов; В.Т. Степанов
Original assignee: Оао "Суал"
Priority date: 2000-02-01
Filing date: 2000-02-01
Publication date: 2001-06-27

Abstract

FIELD: current distribution in electrolyzers. SUBSTANCE: bus arrangement is provided with self-fired anode and upper two-sided current lead at two-row longitudinal arrangement of electrolyzers in housing; it is also provided with cathode bus arrangement and pins, buses and risers of anode bus arrangement. Bus arrangement is provided with jumpers connecting the anode buses at electrolyzer input and output; they are mounted between connector of anode buses with anode risers and area of mounting of end anode pins. Each jumper is made in form of two L-shaped aluminum buses connected by means of electric arc welding. EFFECT: improved current distribution among electrolyzers; avoidance of effect of damage of previous electrolyzers on next electrolyzers arranged in one row. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому получению алюминия в электролизерах с верхним токоподводом, и может быть использовано при монтаже ошиновки электролизера. The invention relates to non-ferrous metallurgy, in particular to the electrolytic production of aluminum in electrolyzers with top current lead, and can be used in the installation of busbar electrolyzer.

Одним из факторов, препятствующих улучшению технико-экономических показателей процесса электролиза алюминия из криолит-глиноземных расплавов, является воздействие на катодный металл электромагнитных сил, вследствие чего возникают перекосы, появляется волнение металла. Все это приводит к расстройству технологического режима и, как следствие, к снижению технико-экономических показателей процесса электролиза. One of the factors hindering the improvement of the technical and economic indicators of the process of aluminum electrolysis from cryolite-alumina melts is the effect of electromagnetic forces on the cathode metal, as a result of which distortions occur, and metal excitement appears. All this leads to a breakdown of the technological regime and, as a result, to a decrease in the technical and economic indicators of the electrolysis process.

Кроме того, любые изменения в токопроводимости отдельных частей подины (образование коржей, осадка и т.д.) неизбежно вызывают изменения распределения тока в аноде последующего электролизера. Изменения токопроводимости отдельных частей анода (перестановка штырей, конус на подошве анода) обязательно скажутся на изменении распределения тока в подине предыдущего и последующего по ходу тока электролизера. То есть, электролизеры не автономны с точки зрения токораспределения, следовательно, любое технологическое нарушение на любом электролизере автоматически вызывает искажение нормального токораспределения между сторонами соседних электролизеров. От величины этих искажений зависит количество электролизеров, отзывающихся на происшедшее нарушение. In addition, any changes in the conductivity of individual parts of the hearth (cake formation, sediment, etc.) will inevitably cause changes in the current distribution in the anode of the subsequent electrolyzer. Changes in the conductivity of individual parts of the anode (rearrangement of the pins, cone at the bottom of the anode) will necessarily affect the change in the current distribution in the bottom of the previous and subsequent electrolysers along the current. That is, the electrolytic cells are not autonomous from the point of view of current distribution, therefore, any technological violation on any electrolyzer automatically causes a distortion of the normal current distribution between the sides of adjacent electrolysis cells. The quantity of electrolytic cells responding to a violation depends on the magnitude of these distortions.

Известен способ ошиновки алюминиевых электролизеров с двусторонним токоподводом к аноду при двухрядном продольном расположении электролизеров в корпусе, в котором с целью уменьшения перекоса зеркала металла и улучшения технико-экономических показателей процесса электролиза сечение обводного пакета на ближней к соседнему ряду стороне электролизера выполняют большим и подключают к нему большее количество катодных стержней, чем к обводному пакету противоположной стороны электролизера. Распределение тока по стоякам следующее: входной левый (по ходу тока) стояк - 30-32%, входной правый - 36-38%, выходной левый - 18-20%, выходной правый 12-14% (а.с. СССР N 356312, C 22 D 3/12, 1972). A known method for busbar aluminum electrolyzers with two-sided current supply to the anode with a two-row longitudinal arrangement of electrolyzers in the housing, in which to reduce the distortion of the metal mirror and improve the technical and economic performance of the electrolysis, the cross section of the bypass package on the side of the cell adjacent to the adjacent row is made large and connected to it a greater number of cathode rods than to the bypass package of the opposite side of the cell. The distribution of current along the risers is as follows: input left (downstream) riser - 30-32%, input right - 36-38%, output left - 18-20%, output right 12-14% (AS USSR N 356312 C 22 D 3/12, 1972).

Известный способ ошиновки позволяет улучшить влияние магнитного поля токов соседнего ряда электролизеров и иметь симметричные поперечную и вертикальную составляющие магнитного поля относительно осей электролизера. The known busbar method allows to improve the influence of the magnetic field of the currents of the adjacent row of electrolyzers and to have symmetrical transverse and vertical components of the magnetic field relative to the axes of the electrolyzer.

Однако расчеты и практика эксплуатации электролизеров с такой ошиновкой показали, что при увеличении мощности электролизеров до 150000 А и выше она не обеспечивает характер распределения магнитного поля, необходимый для достижения высоких технико-экономических показателей процесса электролиза, значительны неравномерности по токовым нагрузкам, что приводит к непроизводительности, токовым потерям и может вызывать технологические нарушения. However, calculations and the practice of operating electrolytic cells with such a busbar showed that, with an increase in the power of electrolytic cells to 150,000 A and higher, it does not provide the character of the magnetic field distribution necessary to achieve high technical and economic indicators of the electrolysis process, significant non-uniformities in current loads, which leads to unproductive , current losses and may cause technological disruptions.

Известна ошиновка алюминиевого электролизера с двусторонним подводом тока к аноду, содержащая катодные и анодные шины, связанные стояками с катодными шинами предыдущего электролизера, и катодную обводную ошиновку, в которой с целью повышения выхода по току за счет компенсации магнитного поля соседнего ряда электролизеров при их двухрядном продольном расположении ошиновка снабжена двумя дополнительными поперечными шинами, соединяющими катодные шины предыдущего электролизера на стороне, дальней от соседнего ряда, с анодной шиной, ближней к соседнему ряду, на входном торце и катодную обводную ошиновку на стороне, ближней к соседнему ряду, с анодной шиной, дальней от соседнего ряда, на выходном конце (а.с. СССР N 1571105, C 25 C 3/16, 1990). Known busbar aluminum electrolyzer with two-sided current supply to the anode, containing cathode and anode busbars connected by risers to the cathode busbars of the previous electrolyzer, and a cathode bypass busbar, in which, in order to increase the current efficiency due to compensation of the magnetic field of the adjacent row of electrolyzers with their two-row longitudinal the location of the busbar is equipped with two additional transverse tires connecting the cathode bus of the previous cell on the side farthest from the adjacent row, with the anode bus, to the adjacent row, at the input end, and the cathode bypass busbar on the side closest to the adjacent row, with the anode bus farthest from the adjacent row, at the output end (AS USSR N 1571105, C 25 C 3/16, 1990) .

Известное решение не позволяет в полной мере устранить неравномерность токовой нагрузки при значительных материальных и трудовых затратах, т.к. обеспечение перераспределения от катодной ошиновки предыдущего по ходу тока электролизера к анодной ошиновке последующего не является гарантией получения необходимого токораспределения, т.к. могут быть разрушены в процессе эксплуатации некоторые катодные стержни (группы катодных стержней), что резко изменяет картину токораспределения. The known solution does not allow to completely eliminate the unevenness of the current load with significant material and labor costs, because ensuring redistribution from the cathode busbar of the previous electrolyzer along the current to the anode busbar of the subsequent one is not a guarantee of obtaining the necessary current distribution, since some cathode rods (groups of cathode rods) can be destroyed during operation, which dramatically changes the current distribution pattern.

Известна ошиновка алюминиевых электролизеров большой мощности с самообжигающимся анодом и верхним двусторонним подводом тока к аноду при двухрядном продольном расположении электролизеров в корпусе, содержащая катодную ошиновку и анодные штыри, анодные шины и анодные стояки анодной ошиновки, в которой катодные шины с каждой стороны электролизера разделены на два пакета. Пакеты, отводящие ток от первой (по ходу тока) половины электролизера, направляются к ближним стоякам следующего электролизера, а от второй половины - к дальним стоякам. (Справочник металлурга по цветным металлам. Производство алюминия. -М. : Металлургия, 1971, с. 222-224). Известное решение принято за прототип. Known is the busbar of high-power aluminum electrolysis cells with a self-baking anode and an upper two-sided current supply to the anode with a two-row longitudinal arrangement of electrolyzers in the housing, comprising a cathode busbar and anode pins, anode busbars and anode risers of the anode busbar, in which the cathode busbars are separated on each side of the cell package. Packets that divert current from the first (along the current) half of the electrolyzer are sent to the near risers of the next electrolyzer, and from the second half to the distant risers. (Handbook of a metallurgist on non-ferrous metals. Aluminum production. -M.: Metallurgy, 1971, p. 222-224). A well-known decision is made as a prototype.

Эта ошибка более сложная, так как в значительной степени усложнены катодные шинопроводы, не обеспечивается необходимое устранение влияния электромагнитных полей на катодный металл (вследствие неравномерного токораспределения), что приводит к нарушениям технологического режима, снижению выхода по току. This error is more complicated, since the cathode busbars are significantly complicated, the necessary elimination of the influence of electromagnetic fields on the cathode metal is not provided (due to uneven current distribution), which leads to violations of the technological mode, and a decrease in current output.

Задача изобретения - повышение технико-экономических показателей работы электролизеров корпуса. The objective of the invention is to increase the technical and economic indicators of the electrolytic cells.

Техническим результатом является повышение равномерности токораспределения по электролизерам и устранение влияния нарушений предыдущего электролизера на последующие, стоящие с ним в ряду (по ходу тока). The technical result is to increase the uniformity of current distribution in the electrolytic cells and to eliminate the influence of violations of the previous electrolytic cell on the next ones, standing next to it (along the current).

Технический результат достигается тем, что ошиновка алюминиевого электролизера с самообжигающимся анодом и верхним двусторонним подводом тока к аноду при двухрядном продольном расположении электролизеров в корпусе, содержащая катодную ошиновку, штыри, шины и стояки анодной ошиновки, снабжена перемычками, соединяющими шины на входе и выходе электролизера, установленными между соединениями анодных шин с анодными стояками и местом установки крайних торцевых анодных штырей, причем перемычки выполнены в виде двух Г-образных алюминиевых шин, соединенных, например, электродуговой сваркой. The technical result is achieved by the fact that the busbar of an aluminum electrolyzer with a self-baking anode and an upper two-sided current supply to the anode with a two-row longitudinal arrangement of electrolyzers in the housing, containing a cathode busbar, pins, busbars and risers of the anode busbar, is equipped with jumpers connecting the busbars at the input and output of the cell installed between the connections of the anode busbars with the anode struts and the installation site of the extreme end anode pins, and the jumpers are made in the form of two L-shaped aluminum in, connected, for example, arc welding.

Техническая сущность предлагаемого решения заключается в следующем. The technical essence of the proposed solution is as follows.

Выполнение перемычек на входной и выходной сторонах электролизера в предлагаемом решении направлено, в основном, на равномерное токораспределение по данному электролизеру, а не на перераспределение токовой нагрузки по сторонам последующего по ходу тока электролизера (хотя в предлагаемом решении и это достигается). Вышеуказанная задача решается месторасположением перемычек, с помощью которых, с одной стороны, происходит более равномерное токораспределение по анодному массиву электролизера, на котором перемычки установлены, с другой стороны, распределяется более равномерно токовая нагрузка по сторонам анодной ошиновки последующего по ходу тока электролизера. Кроме того, месторасположение перемычек не затрудняет обслуживание анода и доступ к механизмам электролизера, упрощает монтаж ошиновки, на что направлено и выполнение перемычек в виде двух Г-образных алюминиевых шин, соединенных, например, электродуговой сваркой. The implementation of jumpers on the input and output sides of the electrolysis cell in the proposed solution is aimed mainly at uniform current distribution along this electrolysis cell, and not at the redistribution of the current load along the sides of the subsequent current cell (although this is achieved in the proposed solution). The above problem is solved by the location of the jumpers, with which, on the one hand, a more uniform current distribution occurs over the anode array of the electrolyzer, on which the jumpers are installed, on the other hand, the current load is distributed more evenly along the sides of the anode busbar of the subsequent along the current cell. In addition, the location of the jumpers does not impede the maintenance of the anode and access to the electrolysis mechanisms, simplifies the installation of the busbar, which is also aimed at making jumpers in the form of two L-shaped aluminum bars connected, for example, by electric arc welding.

В отличие от прототипа перераспределение токовой нагрузки по сторонам электролизера достигается не распределением тока с катодной ошиновки предыдущего электролизера на анодные стояки последующего по ходу тока электролизера, а выполнением жестких перемычек по анодным шинам на входе и выходе электролизера. Unlike the prototype, the redistribution of the current load on the sides of the cell is achieved not by distributing the current from the cathode bus of the previous cell to the anode risers of the subsequent along the current of the cell, but by making hard jumpers along the anode buses at the input and output of the cell.

Самое главное, расположение перемычек в предлагаемом решении между соединением анодных шин с анодными стояками и местом установки крайних торцевых анодных штырей позволяет, кроме достижения перераспределения токовой нагрузки по сторонам последующего по ходу тока электролизера, достигнуть улучшения токораспределения по анодному массиву данного электролизера. Все же вместе взятое позволяет улучшить не только токораспределение по электролизерам, но и токопередачу и сгладить влияние нарушений токораспределения одного (группы электролизеров) на последующие по ходу тока в ряду, а следовательно улучшить показатели процесса электролиза по корпусу в целом. Most importantly, the location of the jumpers in the proposed solution between the connection of the anode busbars with the anode struts and the installation site of the extreme end anode pins allows, in addition to achieving the redistribution of the current load on the sides of the subsequent current cell, to achieve improved current distribution along the anode array of this cell. Nevertheless, taken together, one can improve not only the current distribution in the electrolytic cells, but also the current transfer and smooth out the influence of the current distribution disturbances of one (group of electrolytic cells) on the subsequent currents in the row, and, therefore, improve the performance of the electrolysis process throughout the body as a whole.

Сравнение предлагаемого технического решения с прототипом и другими известными решениями не выявило технических решений, характеризующихся сходными идентичными или эквивалентными признаками с предложенным. Comparison of the proposed technical solution with the prototype and other known solutions did not reveal technical solutions characterized by similar identical or equivalent features with the proposed one.

Предлагаемая ошиновка состоит (фиг. 1) из пакетов катодной ошиновки 1, предыдущего электролизера обводной ошиновки 2, анодных стояков 3, анодных шин 4, перемычек 5, анодных стержней 6, установленных в массиве самообжигающегося анода 7. The proposed busbar consists (Fig. 1) of cathode busbar packages 1, the previous bypass busbar electrolyzer 2, anode risers 3, anode busbars 4, jumpers 5, anode rods 6 installed in the array of self-firing anode 7.

Ошиновка работает следующим образом. The bus operates as follows.

Ток по катодной ошиновке 1 предыдущего электролизера поступает на вход последующего электролизера на анодные стояки 3 и через обводную ошиновку 2 на выход последующего электролизера на анодные стояки 3, далее на соединенные с анодными стояками 3 анодные шины 4, через которые распределяется посредством анодных стержней 6 по анодному массиву и через его угольное тело, слой электролита, слой жидкого металла к катоду данного электролизера. Перемычки 5 установлены между соединениями анодных шин 4 с анодными стояками 3 и местом установки крайних торцевых анодных стержней 7 и предназначены для повышения равномерности токораспределения данного электролизера и компенсации токовых нарушений на предыдущем электролизере, которые сказываются на последующем. The current through the cathode bus 1 of the previous electrolysis cell enters the input of the subsequent electrolyzer to the anode risers 3 and through the bypass bus 2 to the output of the subsequent electrolyzer to the anode risers 3, then to the anode busbars 4 connected to the anode risers 3, through which it is distributed by the anode rods 6 along the anode an array and through its coal body, an electrolyte layer, a liquid metal layer to the cathode of this electrolyzer. Jumpers 5 are installed between the connections of the anode busbars 4 with the anode risers 3 and the installation site of the extreme end anode rods 7 and are designed to increase the uniformity of the current distribution of this electrolyzer and to compensate for current disturbances on the previous electrolyzer, which affect the subsequent one.

Промышленные испытания предлагаемой ошиновки проведены на ОАО "СУАЛ" филиал "Ирказ СУАЛ" и показали следующее:
1) дебаланс тока по сторонам электролизера снизился в 2-3 раза по сравнению с электролизерами - свидетелями;
2) ошиновка проста в монтаже, надежна в эксплуатации и не создает помех для обслуживания анода и не мешает доступу к механизмам электролизера.Industrial tests of the proposed bus were carried out at the OJSC “SUAL” branch of “Irkaz SUAL” and showed the following:
1) the current unbalance on the sides of the cell decreased by 2-3 times compared with the electrolytic cells - witnesses;
2) the busbar is easy to install, reliable in operation and does not interfere with the maintenance of the anode and does not interfere with access to the electrolyzer mechanisms.

Claims

1. The busbar of an aluminum electrolyzer with a self-burning anode and an upper two-sided current supply to the anode with a two-row longitudinal arrangement of electrolyzers in the housing, comprising a cathodic busbar, pins, busbars and risers of the anode busbar, characterized in that it is equipped with jumpers connecting the anode busbars at the input and electrolyzer installed between the connection of the anode busbars with the anode risers and the installation site of the extreme end anode pins.

2. Busbar according to claim 1, characterized in that each jumper is made in the form of two L-shaped aluminum busbars, connected for example by electric arc welding.