RU2328556C2

RU2328556C2 - Lead of aluminium electrolytic cells with longitudinal arrangement

Info

Publication number: RU2328556C2
Application number: RU2006127066/02A
Authority: RU
Inventors: Петр Николаевич Вабищевич (RU); Петр Николаевич Вабищевич; Александр Олегович Гусев (RU); Александр Олегович Гусев; Виталий Владимирович Платонов (RU); Виталий Владимирович Платонов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Русская инжиниринговая компания"
Priority date: 2006-07-25
Filing date: 2006-07-25
Publication date: 2008-07-10
Also published as: RU2006127066A

Abstract

FIELD: metallurgy .

SUBSTANCE: lead of series coupling of electrolytic cells contains two posts, located in the middle of longitudinal sides of the electrolytic cell, and two other posts located at an input end of a cathode case of the electrolytic cell. Current from a portion of cathode rods of the electrolytic cell situated from the side of an input end of the cathode case is transferred via cathode bus bars to the posts, arranged at the longitudinal sides of the following electrolytic cell. The cathode bus bars transferring current from the cathode rods of the electrolytic cell from the side of output end of the cathode case are assembled along the cross and longitudinal axes of the electrolytic cell under the bottom of the latter, are raised at the output end of the electrolytic cell approximately to a level of metal and are connected to the posts located in the input end of the cathode case of the next electrolytic cell. Compensation of influence of the neighbour row of electrolytic cells is achieved due to transferring of a part of current from the cathode rods near the middle of the electrolytic cell to the opposite side of the electrolytic cell by means of the bus bar which runs under the bottom of the cathode case, then raises approximately to the middle of the metal level and returns under the bottom of the cathode case to the middle post of the next electrolytic case.

EFFECT: facilitates optimal compensation of magnetic field and high MHD stability of an electrolytic cell; increases efficiency of electrolytic cells of high unit power.

3 dwg

Description

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому получению алюминия в электролизерах, соединенных друг с другом в последовательную электрическую цепь.The invention relates to non-ferrous metallurgy, in particular to the electrolytic production of aluminum in electrolyzers connected to each other in a series electric circuit.

Соединение электролизеров осуществляется системой токопроводящих шин, одним из основных требований к которой является обеспечение в расплаве оптимального магнитного поля, которое оказывает существенное влияние на технологический процесс.The electrolysers are connected by a busbar system, one of the main requirements for which is to ensure the optimum magnetic field in the melt, which has a significant effect on the process.

Известна ошиновка мощных алюминиевых электролизеров при их продольном расположении в корпусе, содержащая анодные шины, стояки, расположенные у входного и выходного торцов катодного кожуха, и катодные стержни, разделенные на группы, каждая из которых соединена с самостоятельным пакетом катодных шин; при этом пакеты катодных шин групп стержней, ближайших к входному торцу катодного кожуха, соединены со стояками, расположенными у входного торца, а остальные группы катодных стержней - со стояками, расположенными вдоль бортов катодного кожуха последующего электролизера (патент СССР № 738518, С25С 3/16, 1978).Known busbar powerful aluminum electrolytic cells in their longitudinal location in the housing, containing anode busbars, risers located at the input and output ends of the cathode casing, and cathode rods, divided into groups, each of which is connected to an independent package of cathode buses; while the packages of cathode buses of the groups of rods closest to the input end of the cathode casing are connected to risers located at the input end, and the remaining groups of cathode rods are connected to risers located along the sides of the cathode casing of the subsequent electrolyzer (USSR patent No. 738518, С25С 3/16 , 1978).

Этим техническим решением не обеспечивается создание оптимальной конфигурации магнитного поля при двухрядном продольном расположении электролизеров в корпусе вследствие наличия не скомпенсированной вертикальной составляющей магнитного поля от соседнего ряда электролизеров. Не скомпенсированные электромагнитные силы приводят к большим циркуляциям расплава и большим перекосам уровня металла, к существенному снижению запаса магнитогидродинамической (МГД-устойчивости) электролизера и не позволяют получать высокие технико-экономические показатели при увеличении единичной мощности электролизера.This technical solution does not ensure the creation of an optimal magnetic field configuration with a two-row longitudinal arrangement of electrolyzers in the housing due to the presence of an uncompensated vertical component of the magnetic field from an adjacent row of electrolyzers. Not compensated electromagnetic forces lead to large circulations of the melt and large distortions of the metal level, to a significant decrease in the supply of magnetohydrodynamic (MHD stability) of the electrolyzer and do not allow to obtain high technical and economic indicators with an increase in the unit power of the electrolyzer.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому техническому решению является устройство для электропитания последовательно соединенных алюминиевых электролизеров при их продольном расположении в корпусе, содержащее анодные шины, катодные стержни и стояки, которые расположены у входного торца и на середине продольных бортов катодного кожуха, а компенсация поля соседнего ряда электролизеров производится дополнительными шинами, которые расположены на уровне пакетов катодных шин с внутренней и внешней сторон обоих рядов электролизеров. Катодные стержни разделены на группы, каждая из которых соединена с самостоятельным пакетом катодных шин (патент РФ № 2170290, С25С 3/16, 2000).The closest in technical essence and the achieved effect to the proposed technical solution is a device for powering series-connected aluminum electrolytic cells in their longitudinal arrangement in the housing, containing anode buses, cathode rods and risers, which are located at the input end and in the middle of the longitudinal sides of the cathode casing, and Compensation of the field of the adjacent row of electrolyzers is carried out by additional buses, which are located at the level of the cathode bus packets with internal and external both sides of electrolytic series. The cathode rods are divided into groups, each of which is connected to an independent package of cathode buses (RF patent No. 2170290, C25C 3/16, 2000).

Недостатком известного технического решения является то, что оно не может быть использовано на электролизерах с продольным расположением в корпусе большой единичной мощности (250 кА и выше) из-за недостаточной компенсации магнитного поля. МГД-устойчивость электролизера при таких значительных токах обеспечивается повышенными требованиями к конфигурации магнитного поля в ванне электролизера. Для работы электролизера в приемлемых технологических условиях требуется максимально снизить величину вертикального магнитного поля. Использование дополнительных шин для компенсации магнитного поля соседнего ряда электролизеров усложняет схему электропитания серии.A disadvantage of the known technical solution is that it cannot be used on electrolyzers with a longitudinal arrangement in the housing of large unit power (250 kA and above) due to insufficient compensation of the magnetic field. The MHD stability of the electrolyzer at such significant currents is provided by increased requirements for the configuration of the magnetic field in the electrolyzer bath. For the operation of the electrolyzer in acceptable technological conditions, it is necessary to minimize the value of the vertical magnetic field. The use of additional buses to compensate for the magnetic field of an adjacent row of electrolyzers complicates the series power scheme.

Задачей изобретения является разработка конструкции ошиновки для мощных электролизеров, обеспечивающей повышение производительности электролизеров большой единичной мощности.The objective of the invention is to develop a busbar design for high-power electrolysis cells, providing increased productivity of electrolytic cells of large unit capacity.

Техническим результатом изобретения является достижение высокой степени компенсации электромагнитных сил в расплаве за счет оптимизации конфигурации магнитного поля в ванне электролизера и снижения величины вертикального магнитного поля с учетом магнитного поля соседнего ряда электролизеров.The technical result of the invention is to achieve a high degree of compensation of electromagnetic forces in the melt by optimizing the configuration of the magnetic field in the bath of the cell and reducing the magnitude of the vertical magnetic field, taking into account the magnetic field of the adjacent row of cells.

Поставленная задача решается тем, что в ошиновке мощных алюминиевых электролизеров при их продольном расположении в корпусе, содержащей анодные шины, стояки и катодные стержни, разделенные на группы, каждая из которых соединена с самостоятельным пакетом катодных шин, при этом пакеты катодных шин групп катодных стержней, ближайших к выходному торцу катодного кожуха, соединены со стояками, расположенными у входного торца, а остальные группы катодных стержней - со стояками, расположенными вдоль бортов катодного кожуха последующего электролизера, согласно предлагаемому решению пакеты катодных шин, передающие ток с катодных стержней электролизера со стороны выходного торца катодного кожуха, расположены под днищем электролизера, перпендикулярно продольной оси, а затем - вдоль продольной оси электролизера. В пространстве между выходным торцом катодного кожуха предыдущего и входным торцом катодного кожуха последующего электролизера пакеты катодных шин, передающие ток с катодных стержней электролизера со стороны выходного торца катодного кожуха, соединены со стояками, расположенными во входном торце катодного кожуха последующего электролизера, на уровне металла в электролизере. Компенсация влияния соседнего ряда электролизеров обеспечивается специальной петлей, которая передает часть тока с катодных стержней вблизи середины противоположной стороны от соседнего ряда электролизеров на противоположную сторону электролизера шиной, которая устанавливается под днищем катодного кожуха, а затем - вдоль продольной стороны, ближней к соседнему ряду, примерно на уровне расплавленного металла и возвращается под днищем катодного кожуха к стояку последующего электролизера, расположенного на середине продольной стороны электролизера, дальней от соседнего ряда электролизеров.The problem is solved in that in the busbar of powerful aluminum electrolyzers when they are longitudinally arranged in a housing containing anode buses, risers and cathode rods, divided into groups, each of which is connected to an independent package of cathode buses, while the cathode bus packets of cathode rod groups, closest to the output end of the cathode casing, connected to the risers located at the input end, and the remaining groups of cathode rods with risers located along the sides of the cathode casing of the subsequent electro a lyser, according to the proposed solution, cathode bus packets transmitting current from the cathode rods of the electrolyzer from the output end of the cathode casing are located under the bottom of the cell, perpendicular to the longitudinal axis, and then along the longitudinal axis of the cell. In the space between the output end of the cathode casing of the previous one and the input end of the cathode casing of the subsequent electrolyzer, the cathode bus packets transmitting current from the cathode rods of the electrolyzer from the output end of the cathode casing are connected to the risers located in the input end of the cathode casing of the subsequent electrolyzer at the metal level in the electrolyzer . Compensation for the influence of the adjacent row of electrolyzers is provided by a special loop, which transfers part of the current from the cathode rods near the middle of the opposite side of the adjacent row of electrolyzers to the opposite side of the cell by a bus, which is installed under the bottom of the cathode casing, and then along the longitudinal side closest to the adjacent row, approximately at the level of molten metal and returns under the bottom of the cathode casing to the riser of the subsequent electrolyzer located in the middle of the longitudinal sides s electrolyzer farthest from the neighboring row of electrolyzers.

Сопоставительный анализ признаков заявляемого решения и признаков аналога и прототипа свидетельствует о соответствии решения критерию «новизна».A comparative analysis of the features of the proposed solution and the characteristics of the analogue and prototype indicates that the solution meets the criterion of "novelty."

Сущность изобретения поясняется графическим материалом.The invention is illustrated graphic material.

На фиг.1 изображена заявляемая схема ошиновки, на фиг.2 показана вертикальная компонента индукции магнитного поля (в гауссах) для электролизера на силу тока 300 кА, по прототипу, на фиг.3 показана вертикальная компонента индукции магнитного поля (в гауссах) для электролизера с заявляемой ошиновкой.Figure 1 shows the claimed bus circuit, figure 2 shows the vertical component of the induction of the magnetic field (in Gauss) for the electrolyzer for a current of 300 kA, according to the prototype, figure 3 shows the vertical component of the induction of the magnetic field (in Gauss) for the electrolyzer with claimed bus.

Предлагаемая конструкция ошиновки электролизера включает два стояка 1 и 2, расположенных на продольных сторонах последующего электролизера симметрично относительно его середины, и два стояка 3 и 4, расположенных симметрично во входном торце катодного кожуха последующего электролизера. Часть катодных стержней электролизера, расположенных со стороны входного торца, соединена с помощью катодных шин 5 и 6 со стояками 1 и 2. Катодные шины 7 и 8, передающие ток с катодных стержней электролизера со стороны выходного торца катодного кожуха, расположены вдоль поперечной и продольной полуосей электролизера, под днищем катодного кожуха. Катодные шины 7 и 8 на выходном торце предыдущего электролизера подняты до уровня металла в электролизере и соединены со стояками 3 и 4. Часть тока передается на стояк 2 по компенсационной шине 9, которая проходит близи середины электролизера под днищем, поднимается до уровня металла и возвращается под днищем катодного кожуха последующего электролизера. Ток в компенсационных шинах 9 и 10 под днищем катодного кожуха последующего электролизера направлен в разные стороны. В силу этого по эффекту компенсации используемое устройство близко к использованию компенсационной шины вдоль продольной стороны электролизера.The proposed design of the busbar of the cell includes two risers 1 and 2 located on the longitudinal sides of the subsequent cell symmetrically relative to its middle, and two risers 3 and 4 located symmetrically in the input end of the cathode casing of the subsequent cell. A part of the cathode rods of the electrolyzer located on the inlet end side is connected using cathode buses 5 and 6 to the risers 1 and 2. The cathode buses 7 and 8, which transmit current from the cathode rods of the electrolyzer from the output end of the cathode casing, are located along the transverse and longitudinal axles electrolyzer, under the bottom of the cathode casing. The cathode buses 7 and 8 at the output end of the previous cell are raised to the metal level in the cell and connected to the risers 3 and 4. Part of the current is transmitted to the riser 2 via a compensation bus 9, which runs near the middle of the cell under the bottom, rises to the metal level and returns under the bottom of the cathode casing of the subsequent electrolyzer. The current in the compensation buses 9 and 10 under the bottom of the cathode casing of the subsequent electrolyzer is directed in different directions. Because of this, in terms of the compensation effect, the device used is close to using the compensation bus along the longitudinal side of the cell.

При использовании заявляемой ошиновки на каждый торцевой анодный стояк приходит ток величиной в 15-30% от общего тока в электролизере.When using the claimed busbar, a current of 15-30% of the total current in the cell comes to each end anode riser.

Повышение запаса МГД-устойчивости электролизера связано с минимизацией вертикального магнитного поля в ванне электролизера. Эффект предлагаемого технического решения иллюстрируется фиг.3. Как видно на фиг.3, осуществление подвода тока по указанной схеме ошиновки приводит к значительному уменьшению величины вертикального магнитного поля в проекции анодного массива. Особенно (фиг.2) заметно улучшение магнитного поля вблизи торцов электролизера. Как показывают детальные численные расчеты по исследованию МГД-устойчивости по полным математическим моделям, электролизер с новой ошиновкой имеет значительно более высокую МГД-устойчивость, чем аналоги и прототип.The increase in the supply of MHD stability of the electrolyzer is associated with the minimization of the vertical magnetic field in the electrolyzer bath. The effect of the proposed technical solution is illustrated in figure 3. As can be seen in figure 3, the implementation of the current supply according to the specified bus circuit leads to a significant decrease in the magnitude of the vertical magnetic field in the projection of the anode array. Especially (figure 2) noticeable improvement in the magnetic field near the ends of the cell. As detailed numerical calculations on the study of MHD stability according to full mathematical models show, the electrolyzer with a new busbar has a much higher MHD stability than analogues and prototype.

Claims

The busbar of high-power aluminum electrolyzers in their longitudinal arrangement in the housing and in series connection, containing anode buses, risers and cathode rods, packages of cathode buses, while risers are located at the inlet end and in the middle of the longitudinal sides of the cathode casing, the cathode rods are divided into groups, each of which is connected to an independent package of cathode buses, characterized in that the packages of cathode buses of groups of cathode rods closest to the output end of the cathode casing are connected to risers located the input end of the cathode casing of the subsequent in the series of the electrolyzer, and the remaining groups of cathode rods with risers located on the middle of the longitudinal sides of the cathode casing of the subsequent in the series of the electrolyzer, packages of cathode buses transmitting current from the cathode rods from the output end of the cathode casing of the electrolyzer are located under the bottom electrolyzer, initially perpendicular to the longitudinal axis, and then parallel to its longitudinal axis, in the space between the output end of the cathode casing of the previous one and the input end of the cat one casing of the subsequent cell is connected to the risers at the metal level in the cell; To compensate for the influence of the magnetic field of the adjacent row of electrolyzers, the cathode busbar packages of the cathode rod groups located under the bottom of the cathode casing near its middle are mounted with rise to the middle of the metal level on the longitudinal side of the cathode casing of the electrolyzer, run along the longitudinal side and connected under the bottom of the cathode casing of the previous electrolyzer with risers located in the middle of the longitudinal sides of the cathode casing of the subsequent electrolyzer.