RU2678624C1 - Modular busbar for series of aluminum electrolysis cells - Google Patents
Modular busbar for series of aluminum electrolysis cells Download PDFInfo
- Publication number
- RU2678624C1 RU2678624C1 RU2017147133A RU2017147133A RU2678624C1 RU 2678624 C1 RU2678624 C1 RU 2678624C1 RU 2017147133 A RU2017147133 A RU 2017147133A RU 2017147133 A RU2017147133 A RU 2017147133A RU 2678624 C1 RU2678624 C1 RU 2678624C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- series
- cathode
- anode
- current
- electrolyzer
- Prior art date
Links
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 17
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical class [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 16
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims abstract description 43
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 claims abstract description 38
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 25
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 25
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims 1
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 8
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 7
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 7
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 6
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 2
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N alumane Chemical compound [AlH3] AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 1
- 230000002860 competitive effect Effects 0.000 description 1
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 description 1
- 229910001610 cryolite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
- C25C3/06—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
- C25C3/16—Electric current supply devices, e.g. bus bars
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25C7/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells; Servicing or operating of cells
- C25C7/02—Electrodes; Connections thereof
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
- Non-Insulated Conductors (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к производству алюминия методом электролиза расплавленных криолитовых солей в электролизерах при поперечном расположении их в корпусе электролиза.The invention relates to the production of aluminum by electrolysis of molten cryolite salts in electrolyzers with a transverse arrangement in the electrolysis casing.
Ошиновка является токоведущим элементом конструкции электролизера и состоит из двух частей - анодной и катодной. Электролизеры, располагаемые рядами один за другим, соединены токопроводами из алюминиевых или медных шин различного сечения и включены в электрическую цепь последовательно: катодные шины одного электролизера соединены с анодными шинами другого. Группа электролизеров, объединенная в одну электрическую цепь, называется серией. В анодную часть ошиновки входят гибкие пакеты, анодные стояки, анодные шины. От анодных шин ток передается в алюминиевые анодные штанги, затем в анодные обожженные углеродные блоки. Катодная часть ошиновки состоит из пакетов гибких лент, отводящих ток от катодных стержней подины в сборные катодные шины, затем в катодные шины.The busbar is a current-carrying element of the design of the electrolyzer and consists of two parts - the anode and cathode. The electrolytic cells arranged in rows one after another are connected by current conductors from aluminum or copper busbars of various sections and are connected in series to the electric circuit: the cathode buses of one electrolyzer are connected to the anode buses of the other. A group of electrolyzers combined into one electric circuit is called a series. Flexible packets, anode risers, anode tires are included in the anode part of the busbar. From the anode busbars, current is transmitted to the aluminum anode rods, and then to the anode burnt carbon blocks. The cathode part of the busbar consists of packets of flexible tapes that divert current from the cathode rods of the hearth to the cathode busbars, and then to the cathode buses.
Существует много известных схем конструкций ошиновок электролизеров. Ошиновка разрабатывается под конкретную конструкцию электролизера с помощью математических компьютерных моделей и зависит от типа электролизера, его мощности, расположения в корпусе, в серии, наличии соседних корпусов электролиза, климата данной местности, отдаленности поставщиков сырья, потребителей продукции, стоимости электроэнергии, сырья и готовой продукции.There are many well-known designs of busbars of electrolytic cells. The busbar is developed for a specific design of the electrolyzer using mathematical computer models and depends on the type of electrolyzer, its capacity, location in the case, in the series, the presence of neighboring electrolysis buildings, the climate of the area, the remoteness of suppliers of raw materials, consumers of products, the cost of electricity, raw materials and finished products .
При разработке ошиновки принято руководствоваться следующими условиями:When developing a bus, it is customary to be guided by the following conditions:
- соответствие проекта правилам техники безопасности (ТБ) и электробезопасности (ЭБ);- compliance of the project with safety regulations (TB) and electrical safety (EB);
- оптимальная плотность тока в ошиновке и токоведущих частях электролизера;- optimal current density in the busbar and current-carrying parts of the cell;
- сбалансированность сил Лоренца на расплав, т.е. оптимальное электрическое и магнитного поле в расплаве;- the balance of Lorentz forces on the melt, i.e. optimal electric and magnetic field in the melt;
- возможность оперативного и безопасного отключения и подключения в электрическую цепь одного или группы электролизеров без нарушения работы соседних ванн и без отключения или снижения нагрузки тока в серии;- the ability to quickly and safely disconnect and connect to the electrical circuit of one or a group of electrolyzers without disrupting the operation of neighboring baths and without disconnecting or reducing the load of the current in the series;
- в настоящее время материалом для шин в России в основном служит алюминий марки А7Е температурный коэффициент электрического сопротивления, которого равен 0,004. Это означает, что при изменении температуры шин на 10°C, его сопротивление изменяется на 4%, что также необходимо учитывать. На практике это реально можно учесть только приблизительно, т.к. температура любой шины зависит не только от плотности тока, проходящего по ней (закон Джоуля-Ленца), а так же, в первую очередь, от ее теплового баланса, который определяется формой, массой и материалом шины, молекулярной отдачей тепла или нагревом от другого источника тепла, отдачей или получением тепла излучением, конвективным теплообменом, влиянием источников холода;- At present, the material for tires in Russia is mainly aluminum of the A7E grade, the temperature coefficient of electrical resistance, which is equal to 0.004. This means that when the tire temperature changes by 10 ° C, its resistance changes by 4%, which must also be taken into account. In practice, this can really be taken into account only approximately, because the temperature of any bus depends not only on the current density passing through it (the Joule-Lenz law), but also, first of all, on its heat balance, which is determined by the shape, mass and material of the bus, molecular heat transfer or heating from another source heat, heat transfer or generation by radiation, convective heat transfer, the influence of cold sources;
- при конструировании катодной и анодной ошиновки желательно добиваться наиболее равномерного распределения тока по блюмсам и анодам с целью минимизации планарных токов в металле, которые оказывают негативное влияние на магнитогидродинамическую устойчивость электролизера (МГД), что приводит к снижению технико-экономических показателей их работы (ТЭП).- when designing the cathode and anode busbars, it is desirable to achieve the most uniform current distribution among the blooms and anodes in order to minimize planar currents in the metal, which negatively affect the magnetohydrodynamic stability of the electrolyzer (MHD), which leads to a decrease in the technical and economic indicators of their operation (TEC) .
- гибкие пакеты анодной ошиновки при проектировании следует рассчитывать таким образом, что бы они в пределах установленного перемещения анодной рамы до концевых выключателей и ограничительных упоров не испытывали механических повреждений;- flexible packages of the anode busbar during design should be calculated in such a way that they would not experience mechanical damage within the established movement of the anode frame to the limit switches and limit stops;
- серия электролизеров с ошиновкой должна быть надежно изолирована от "земли" и между катодными кожухами друг друга для уменьшения величины утечек и перетечек тока. Утечки и перетечки тока обуславливают не только прямые потери тока, не участвующие в процессе электролиза, но и вызывает трудно устранимую МГД нестабильность расплава на электролизерах в местах близких к утечкам и перетечкам тока.- a series of electrolyzers with a busbar must be reliably isolated from the ground and between the cathode housings of each other to reduce the magnitude of leakage and current leakage. Leakage and current overflow determine not only direct current losses that are not involved in the electrolysis process, but also causes MHD instability of the melt on electrolyzers that is difficult to eliminate, in places close to current leakages and overflows.
Известна ошиновка алюминиевого электролизера при поперечном расположении в корпусе, содержащая сборные шины с катодными спусками, установленными вдоль входной и выходной продольных сторон электролизера, анодные стояки, установленные на входной стороне, через которые протекают одинаковые токи. Анодная ошиновка, соединена с предыдущим электролизером посредством стояков, при этом, крайние стояки соединены с крайними сборными катодными шинами входной стороны электролизера пакетами шин, расположенными вдоль торцевых сторон, и со сборными катодными шинами выходной стороны электролизера, а средние стояки соединены со средними сборными шинами входной стороны пакетами шин, размещенными симметрично под катодными блоками, наиболее близко расположенными к торцам электролизера, и со сборными катодными шинами выходной стороны электролизера, шина, проходящая под днищем и расположенная ближе к соседнему ряду электролизеров переносит 15% тока входной стороны, тогда как другая переносит 10% тока входной стороны, под днищем электролизера установлена промежуточная шина, которая проходит на середине расстояния между осью серии и торцом электролизера, со стороны, противоположной соседнему ряду электролизеров, по шине проходит 5% тока входной стороны (Патент FR2552782, PECHINEY ALUMINIUM, МПК С25С 3/08, 1985).Known busbar aluminum cell with a transverse arrangement in the housing, containing busbars with cathode slopes installed along the input and output longitudinal sides of the cell, anode risers installed on the input side through which the same currents flow. The anode busbar is connected to the previous electrolyser by means of risers, while the extreme risers are connected to the extreme precast cathode buses of the input side of the electrolyzer by bus packets located along the end sides and to the cathode busbars of the output side of the electrolyzer, and the middle risers are connected to the middle collection busbars of the input side by bus packs placed symmetrically under the cathode blocks closest to the ends of the electrolyzer, and with precast cathode buses of the output side of the electro of the lyser, a bus passing under the bottom and located closer to the adjacent row of electrolyzers transfers 15% of the current of the input side, while the other carries 10% of the current of the input side, an intermediate bus is installed under the bottom of the cell, which runs halfway between the axis of the series and the end of the cell, from the side opposite to the adjacent row of electrolyzers, 5% of the input side current passes through the bus (Patent FR2552782, PECHINEY ALUMINUM, IPC С25С 3/08, 1985).
Недостатком известной ошиновки является невозможность ее использования для электролизеров большой мощности, более чем 380 кА, т.к. асимметричные ошиновки конструктивно ограничены возможностью компенсации наводки магнитного поля от соседнего ряда электролизеров.A disadvantage of the known busbar is the impossibility of its use for electrolyzers of high power, more than 380 kA, because asymmetric busbars are structurally limited by the ability to compensate for magnetic field pickup from an adjacent row of electrolyzers.
Известно устройство подвода/отвода тока к/от электролизеров для получения алюминия с двухрядным поперечным расположением в ряду, содержащее анодную ошиновку, соединенную с анодами посредством анодных штанг, катодную ошиновку из катодных стержней с гибкими пакетами, выступающими по обе стороны катодного кожуха электролизера с днищем, сборные катодные шины на входной и выходной сторонах катодного кожуха электролизера, соединительные шины, шунтирующий элемент, соединение катодной и анодной ошиновку и шины цепи коррекции магнитного поля, расположенные параллельно поперечной оси электролизера у торцов катодного кожуха. Соединение катодной ошиновки с анодной ошиновкой следующего в ряду электролизера выполнено в виде шинных модулей, состоящих из двух полу стояков, один из полу стояков жестко соединен со сборной катодной шиной на выходной стороне, которая соединена с четырьмя гибкими пакетами, а другой полу стояк соединен шинами, размещенными под днищем катодного кожуха, и связан со сборными катодными пакетами на входной стороне, соединенными с двумя гибкими пакетами каждый, причем, соединительные шины расположены под днищем катодного кожуха параллельно поперечной оси электролизера и одна другой, подача тока в цепь коррекции осуществляется в направлении, совпадающим с направлением ток в серии, при этом ток в цепи коррекции магнитного поля предпочтительно составляет 20-70% от тока серии (Патент FR 2583069, PECHINEY ALUMINIUM, 1986-12-12).A device for supplying / removing current to / from electrolysis cells for producing aluminum with double row transverse arrangement in a row, comprising an anode busbar connected to the anodes via anode rods, a cathode busbar made of cathode rods with flexible bags protruding on both sides of the cathode casing of the electrolyzer with a bottom, prefabricated cathode busbars on the input and output sides of the cathode casing of the electrolyzer, connecting busbars, shunt element, connection of the cathode and anode busbar and busbars of the magnetic field correction circuit located parallel to the transverse axis of the cell at the ends of the cathode casing. The connection of the cathode busbar with the anode busbar of the next row of electrolysers is made in the form of bus modules consisting of two floor risers, one of the floor risers is rigidly connected to the cathode bus assembly on the output side, which is connected to four flexible packages, and the other floor of the riser is connected by buses, placed under the bottom of the cathode casing, and is connected with prefabricated cathode packages on the input side, connected to two flexible packages each, moreover, the connecting busbars are located under the bottom of the cathode casing in parallel the transverse axis of the cell and one another, the current is supplied to the correction circuit in the direction coinciding with the direction of the current in the series, while the current in the magnetic field correction circuit is preferably 20-70% of the series current (Patent FR 2583069, PECHINEY ALUMINUM, 1986- 12-12).
Недостатком настоящей ошиновки является то, что в ней используется независимые шины коррекции магнитного поля из двух проводников, проходящих вдоль обоих торцов электролизеров в цепи по направлению тока серии. Ток коррекции составляет 20-70% от тока серии. Например, при токе серии 500 кА ток коррекции может достигать 350 кА. По серии протекает ток равный 500+350=890 кА, который генерирует соответствующее не 500 кА, 890 кА магнитное поле в корпусе, что, в первую очередь отрицательно сказывается на промышленном персонале. Дополнительный вес ошиновки от шин коррекции составит около 10 т на каждый электролизер серии. В любом случае, применение цепи коррекции способствует увеличению веса ошиновки, росту расхода электроэнергии, из-за падения напряжения в цепи коррекции, увеличению затрат на производственные площади для монтажа цепи коррекции. Например, при силе тока коррекции в 450 кА шины коррекции будут состоять из 16-ти шин сечением 650×70 мм (ширина одного пакета - около 2-х метров, двух - около 4-х метров).The disadvantage of this bus is that it uses independent magnetic field correction buses from two conductors running along both ends of the electrolytic cells in the circuit in the direction of the series current. The correction current is 20-70% of the series current. For example, with a series current of 500 kA, the correction current can reach 350 kA. A current of 500 + 350 = 890 kA flows through the series, which generates a corresponding non-500 kA, 890 kA magnetic field in the housing, which primarily affects the industrial staff. The additional weight of the busbar from the correction buses will be about 10 tons for each electrolyzer of the series. In any case, the use of a correction circuit contributes to an increase in busbar weight, an increase in energy consumption due to a voltage drop in the correction circuit, and an increase in the cost of production space for mounting the correction circuit. For example, with a correction current of 450 kA, correction buses will consist of 16 buses with a cross section of 650 × 70 mm (the width of one packet is about 2 meters, two of them about 4 meters).
В работе Marc Dupuis «New Busbar Network Concepts Taking Advantage of Copper CollectorBars to Reduce Busbar Weight and Increase Cell Power Efficiency)), Proceedings of 34th Iternational ICSOBA Conference, Quebec, Canada, 3-6 October, 2016, p.883, ISSN 2518-332X, Vol. 41, No 45 представлена новая концепция магнитного поля от соседнего ряда электролизеров в серии с одновременной оптимизацией (снижением поля по Bz компоненте в торцах электролизера.)Marc Dupuis, “New Busbar Network Concepts Taking Advantage of Copper Collector Bars to Reduce Busbar Weight and Increase Cell Power Efficiency)), Proceedings of 34th Iternational ICSOBA Conference, Quebec, Canada, October 3-6, 2016, p.883, ISSN 2518 -332X, Vol. 41, No. 45, a new concept of the magnetic field from an adjacent row of electrolyzers in the series is presented with simultaneous optimization (reduction of the field with respect to the Bz component at the ends of the electrolyzer.)
Первый способ новой концепции предполагает использование анодных стояков только на входной стороне электролизера. В самой простом виде концепции, 100% тока серии возвращается обратно на станцию питания током по дополнительным шинам коррекции, расположенным под днищами электролизеров серии.The first method of the new concept involves the use of anode risers only on the input side of the cell. In the simplest form of the concept, 100% of the series current is returned to the current power station via additional correction buses located under the bottoms of the series electrolysers.
По второй версии новой концепции шины входной стороны электролизера переносят под днищем половину тока серии в стояки последующего электролизера, расположенные на его входной стороне. Шины выходной стороны электролизера переносят вторую половину тока серии в стояки последующего электролизера под днищем, в стояки расположенные на выходной стороне электролизера. Как в первой концепции в рядом расположенных дополнительных шинах компенсации под днищами проходит полный ток серии противоположного направления.According to the second version of the new concept, the buses of the input side of the electrolyzer transfer half the series current under the bottom to the risers of the subsequent electrolyzer located on its input side. The buses of the output side of the electrolyzer transfer the second half of the series current to the risers of the subsequent electrolyzer under the bottom, to the risers located on the output side of the electrolyzer. As in the first concept, in a series of additional compensation buses located under the bottoms, a full series current of the opposite direction passes.
Существенным недостатком обеих разновидностей концепций является то, что они представляют собой только теоретический интерес, т.к. не могут быть реализованы на практике. В связи с тем, что разность потенциалов между полюсами станций питания современных серий электролизеров составляет 1000 В и более. Из-за непосредственной близости расположения катодной ошиновки серии и пакетов шин коррекции, возвращающих ток к источнику питания, между ними неизбежно возникнет электрическая дуга (плазма), что недопустимо согласно правилам (ТБ) и (ЭБ).A significant drawback of both varieties of concepts is that they are of only theoretical interest, because cannot be put into practice. Due to the fact that the potential difference between the poles of the power supply stations of modern series of electrolyzers is 1000 V or more. Due to the close proximity of the location of the cathode bus of the series and the correction bus packets returning current to the power source, an electric arc (plasma) will inevitably arise between them, which is unacceptable according to the rules (TB) and (EB).
В настоящее время не известны пригодные для промышленного использования, дешевые и надежные способы изоляции между проводниками с большой силой тока, имеющими между собой разность потенциалов в 1000 В и более при большой площади, близкого расстояния между ними и большой силой тока.Currently not known suitable for industrial use, cheap and reliable methods of insulation between conductors with high current strength, having a potential difference of 1000 V or more with a large area, close distance between them and high current strength.
Так же известна патентная заявка WO 2016/128824, С25С 3/16, опубл. 18.08.2016. Формула заявки состоит в основном из комплекса технических решений, а именно:Patent application WO 2016/128824, C25C 3/16, publ. 08/18/2016. The application formula consists mainly of a set of technical solutions, namely:
- в п. 1 сказано, что ошиновка поперечного расположения имеет анодные стояки, как на входной, так и на выходной стороне электролизера;- in paragraph 1 it is said that the busbar of the transverse arrangement has anode risers, both on the input and on the output side of the cell;
- в п. 19 указано, что ошиновка электролизера представляет собой электрическую модульную конструкцию.- in paragraph 19 it is indicated that the busbar of the electrolyzer is an electric modular design.
При этом в п. 1 сказано, что ошиновка имеет, по меньшей мере, имеет один первый контур компенсации расположенный под электролизерами и способный пропускать через себя первый ток компенсации под электролизерами в направлении противоположном направлению общего тока электролиза.Moreover, in paragraph 1, it is said that the busbar has at least one first compensation circuit located under the electrolysis cells and capable of passing the first compensation current through the electrolysis cells in the direction opposite to the direction of the total electrolysis current.
- в п. 1 - по меньшей мере, один второй электрический контур компенсации, расположенный, как минимум, на одной стороне электролизеров и способный пропустить второй ток компенсации в направлении тока электролиза.- in paragraph 1 - at least one second electrical compensation circuit located at least on one side of the electrolytic cells and capable of passing a second compensation current in the direction of the electrolysis current.
Наличие двух линий коррекции и самой серии электролизера предполагает большие затраты на три независимые станции питания с учетом запаса на аварийные случаи для каждой из них и затрат на дополнительные шины 2-х контуров коррекции, потерю электрической энергии в 2-х конурах коррекции и агрегатах их питания, что является недостатком известной заявки.The presence of two correction lines and the electrolyzer series itself entails high costs for three independent power supply stations, taking into account the emergency margin for each of them and the costs of additional buses of 2 correction loops, loss of electrical energy in 2 correction loops and their power units , which is a disadvantage of the known application.
На фиг. 6, в указанной заявке, показаны электролизеры, у которых блюмсы проходят сквозь подину, перпендикулярно плоскости металла. Защита от протека металла между блюмсами и футеровкой вероятно требует больших затрат, т.к. блюмсы, футеровка, катодный кожух обладают существенными различиями по физическим, электрическим и тепловым свойствам. В период кампании электролизера (6-7 лет) вероятность протеков жидкого алюминия, растворения вертикальных блюмсов и утечки металла очень велика, т.к. перечисленные элементы электролизера постоянно перемещаются относительно друг друга, меняются их геометрические размеры, физические свойства, что так же является недостатком заявки.In FIG. 6, in this application, electrolyzers are shown in which blooms pass through a hearth perpendicular to the metal plane. Protection against metal leakage between the blooms and the lining is probably expensive. blooms, lining, cathode casing have significant differences in physical, electrical and thermal properties. During the electrolyzer campaign (6-7 years), the probability of liquid aluminum leakage, dissolution of vertical blooms and metal leakage is very high, because the listed elements of the electrolyzer are constantly moving relative to each other, their geometric dimensions, physical properties change, which is also a drawback of the application.
Известная ошиновка электролизера по патенту RU 2288976, принятая за прототип, имеет двухрядное, поперечное расположение в серии, содержит анодную часть ошиновки, соединенную с анодами посредством анодных штанг, катодную часть ошиновки из катодных стержней с гибкими пакетами, выступающими по обе стороны катодного кожуха электролизера. Соединение катодных стержней с анодной ошиновкой следующего в ряду электролизера выполнено в виде шинных модулей, состоящих из сборных катодных шин, соединительных шин, анодных стояков. По крайней мере, один стояк в каждом модуле расположен на входной стороне электролизера, по крайней мере, один стояк в каждом модуле расположен на выходной стороне электролизера.The known busbar electrolytic cell according to patent RU 2288976, adopted as a prototype, has a two-row, transverse arrangement in series, contains the busbar anode part connected to the anodes by means of anode rods, the cathode busbar part from the cathode rods with flexible bags protruding on both sides of the cathode casing of the electrolyzer. The connection of the cathode rods with the anode busbar of the next in the row electrolyzer is made in the form of bus modules consisting of prefabricated cathode buses, connecting buses, anode risers. At least one riser in each module is located on the input side of the cell, at least one riser in each module is located on the output side of the cell.
При этом анодные стояки на входной стороне питаются от блюмсов, как с входной, так и с выходной стороны предыдущего электролизера, а анодные стояки на выходной стороне питаются от блюмсов с выходной стороны предыдущего электролизера. Через анодные стояки на входной стороне проходит 1/2-3/4 тока модуля, а через стояки на выходной стороне - 1/2-1/4 тока модуля, соединительные шины расположены под днищем электролизера, часть соединительных шин крайних модулей, по крайней мере, могут огибать торцы электролизера и располагаться, предпочтительно, на уровне расплавленного металла.In this case, the anode risers on the input side are powered by blooms, both from the input and output sides of the previous cell, and the anode risers on the output side are fed from blooms from the output side of the previous cell. 1/2/4/4 of the module current passes through the anode risers on the input side, and 1 / 2-1 / 4 of the module current passes through the risers on the output side, the connecting busbars are located under the bottom of the cell, at least some of the connecting buses of the outermost modules can bend around the ends of the cell and are located, preferably, at the level of the molten metal.
Недостатками известной ошиновки по прототипу являются:The disadvantages of the known tire prototype are:
- ограниченная возможность в создании электролизеров на силу тока более 600 кА в связи с необходимостью подавать большее количество тока по пакетам шин, огибающим торцы электролизера, из-за необходимости удлинять шахту электролизера, что усложнит конструкцию ошиновки, повысит ее вес и потребует увеличить шаг электролизеров, это отрицательно скажется на его конкурентной способности;- the limited ability to create electrolyzers with a current strength of more than 600 kA due to the need to supply a greater amount of current through bus packets enveloping the ends of the electrolyzer, due to the need to extend the cell of the electrolyzer, which will complicate the design of the busbar, increase its weight and require increasing the step of the electrolytic cells, this will adversely affect his competitive ability;
- относительная сложность конструкции ошиновки.- the relative complexity of the busbar design.
Задачей и техническим результатом изобретения является формирование оптимального магнитного поля в расплаве электролизеров при поперечном расположении в корпусе для разработки и созданий серий электролиза на силу тока от 600 кА до 2000 кА, предпочтительно на 800 кА.The objective and technical result of the invention is the formation of an optimal magnetic field in the melt of electrolyzers with a transverse arrangement in the housing for the development and creation of series of electrolysis at a current strength of 600 kA to 2000 kA, preferably 800 kA.
Настоящий результат достигается за счет принципиальных отличий в предлагаемой заявке на изобретение ошиновки от ошиновки прототипа, которыми являются:The present result is achieved due to fundamental differences in the proposed application for the invention of busbars from busbars of the prototype, which are:
1. Ошиновка обязательно входит в комплекс из двух независимых по питанию электрическим током однорядных серий электролизеров;1. The busbar is necessarily part of a complex of two single-row series of electrolyzers, which are independent in power supply by electric current;
2. Катодные шины коррекции каждой серии расположены в непосредственной близости от катодной ошиновки соседнего ряда серии;2. Cathode correction buses of each series are located in close proximity to the cathode bus of the adjacent series row;
3. Ток в сериях направлен в противоположные относительно друг друга направления;3. The current in the series is directed in opposite directions relative to each other;
4. Анодные стояки на входной и выходной стороне электролизера расположены симметрично плоскости YZ электролизера.4. Anode risers on the input and output side of the cell are symmetrical to the plane YZ of the cell.
При этом достичь оптимального магнитного поля без технических решений, указанных в ограничительной части патента-прототипа, невозможно, без таких как:At the same time, it is impossible to achieve an optimal magnetic field without technical solutions specified in the restrictive part of the prototype patent, without such as:
5. Наличие анодных стояков, как на входной, так и на выходной стороне электролизера;5. The presence of anode risers, both on the input and on the output side of the cell;
6. Возможность выбора оптимального распределения тока в анодных стояках на входной и выходной стороне в пределах указанных в ограничительной части формулы заявки на изобретение;6. The ability to select the optimal current distribution in the anode risers on the input and output side within the limits specified in the restrictive part of the claims of the invention;
7. Возможность пропускать часть тока вокруг торцов электролизера при проектировании оптимального поля в расплаве.7. The ability to pass part of the current around the ends of the cell when designing the optimal field in the melt.
Далее приведено описание чертежей.The following is a description of the drawings.
На фиг. 1 отражена принципиальная схема комплекса из двух серий электролизеров в плане 3,5,1 и 4,6,2, где под каждым рядом серии 3 и 4 проходят шины коррекции соседней серии 5 и 6 в непосредственной близости от катодной ошиновки серии. Серии независимы по электрическому питанию и каждая подключена к отдельному источнику 1 и 2.In FIG. 1 shows a schematic diagram of a complex of two series of electrolyzers in terms of 3,5,1 and 4,6,2, where under each row of series 3 and 4 there are correction buses of the neighboring series 5 and 6 in the immediate vicinity of the cathode bus of the series. The series are independent in electrical supply and each is connected to a separate source 1 and 2.
На фиг. 2. показан пример 4-х модульной ошиновки по заявке на изобретение на силу тока 800 кА с анодными стояками 16 и 17, расположенными на обеих сторонах ванны и шинами коррекции 5 и 6, расположенных в непосредственной близости от катодной ошиновки рядов электролизеров 3 и 4 соседней серии, соответственно.In FIG. 2. shows an example of a 4-module busbar according to the application for an invention for a current strength of 800 kA with anode risers 16 and 17 located on both sides of the bath and correction buses 5 and 6 located in the immediate vicinity of the cathode busbar of the rows of electrolyzers 3 and 4 of the adjacent series, respectively.
На фиг. 3 изображена схема подключения рядов электролизеров 3 и 4 по заявке в разрезе со стояками на входной стороне 16 и выходной стороне 17. Шинами коррекции поля от соседней серии 5 и 6, соответственно.In FIG. 3 shows the connection diagram of the rows of electrolyzers 3 and 4 according to the application in a section with risers on the input side 16 and the output side 17. Field correction buses from the adjacent series 5 and 6, respectively.
На фиг. 4 показано магнитное поле в mT по составляющей вектора магнитной индукции Bz в середине уровня металла опытно промышленного электролизера по патенту-прототипу при силе тока 550 кА.In FIG. 4 shows the magnetic field in mT by the component of the magnetic induction vector Bz in the middle of the metal level of the pilot industrial electrolyzer according to the patent prototype at a current strength of 550 kA.
На фиг. 5 показано магнитное поле в mT по составляющей вектора магнитной индукции Bz в середине уровня металла электролизера по заявке на изобретение при силе тока 800 кА.In FIG. 5 shows the magnetic field in mT by the component of the magnetic induction vector Bz in the middle of the metal level of the electrolyzer according to the application for the invention at a current strength of 800 kA.
На фигуре 6 показано магнитное поле по компоненте By в mT вектора магнитной индукции электролизера аналогичного заявке на изобретение с анодными стояками только на входной стороне 16 и шинами коррекции 5 и 6 от соседней серии, соответственно.Figure 6 shows the magnetic field by component By in mT of the magnetic induction vector of the electrolyzer of a similar application for an invention with anode risers only on the input side 16 and correction buses 5 and 6 from the adjacent series, respectively.
На фиг. 7 отражено магнитное поле по компоненте By в mT вектора магнитной индукции электролизера по заявке на изобретение с анодными стояками 16 и 17, расположенными на обеих сторонах электролизера симметрично плоскости YZ и шинами коррекции 5 и 6 от рядов соседних серии 3 и 4, соответственно.In FIG. Figure 7 shows the magnetic field by component By in mT of the magnetic induction vector of the electrolyzer according to the invention application with anode risers 16 and 17 located on both sides of the electrolyzer symmetrically to the YZ plane and correction buses 5 and 6 from the rows of adjacent series 3 and 4, respectively.
Ошиновка состоит из двух однорядных серий 3,5,1 и 4,6,2 последовательно соединенных электролизеров, независимых по электрическому питанию. Ток в сериях направлен в противоположные стороны. Серия электролизеров 3,5,1 питается от независимого источника тока 1, а серия электролизеров 4,6,2 - от независимого источника тока 2. Серия электролизеров 3,5,1 возвращает ток в источник питания 1, благодаря шинам коррекции 5, проходящих в непосредственной близости от катодных ошиновок соседнего ряда электролизеров 4. Аналогично, серия электролизеров 4,6,2 возвращает ток в источник питания 2, посредством шин коррекции 6 расположенных в непосредственной близости от катодных ошиновок серии, состоящей из ряда электролизеров 3.The bus consists of two single-row series 3,5,1 and 4,6,2 series-connected electrolytic cells, independent of electrical power. The current in the series is directed in opposite directions. A series of electrolyzers 3,5,1 is powered by an independent current source 1, and a series of electrolyzers 4,6,2 is powered by an independent current source 2. A series of electrolyzers 3,5,1 returns current to a power source 1, thanks to correction buses 5 passing in in the immediate vicinity of the cathode busbars of an adjacent row of electrolysis cells 4. Similarly, a series of electrolyzers 4,6,2 returns current to a power source 2, by means of correction buses 6 located in close proximity to the cathode busbars of a series consisting of a series of electrolyzers 3.
Для примера, на фиг. 2, показана четырех модульная ошиновка на силу тока 800 кА. В зависимости от количества выбранных модулей она может быть разработана для электролизеров на любую технически, технологически и экономически приемлемую силу тока (1000-1500 кА и более, например, 2000 кА). Не исключается выполнение серий из одномодульных ошиновок.For example, in FIG. 2, four modular busbars for a current strength of 800 kA are shown. Depending on the number of selected modules, it can be developed for electrolyzers for any technically, technologically and economically acceptable current strength (1000-1500 kA and more, for example, 2000 kA). Series execution from single-module busbars is not ruled out.
Ошиновка на фиг. 2 и фиг. 3 включает в себя анодную ошиновку 7 с анодами 8 и анодными штангами 9, катодную ошиновку из катодных стержней 10 с гибкими пакетами 11, шинные модули А, Б, В и Г. В состав каждого модуля входят сборные катодные шины на входной стороне 12 и на выходной стороне 13 катодного кожуха 14, соединительные шины 15, анодные стояки на входной стороне 16 и на выходной стороне 17, которые расположены симметрично плоскости симметрии YZ. Соединительные шины 15 расположены в непосредственной близости от катодной ошиновки серий 3 и 4. Анодные стояки входной стороны 16 подключены к катодным шинам 13 входной стороны предыдущего электролизера. Анодные стояки выходной стороны 17 подключены к катодным шинам входной стороны 12 предыдущего электролизера. В непосредственной близости от катодной ошиновки расположены шины коррекции 5 и 6 от соседней серии электролизеров.The bus in FIG. 2 and FIG. 3 includes anode busbar 7 with anodes 8 and anode rods 9, a cathode busbar of cathode rods 10 with flexible bags 11, bus modules A, B, C and G. Each module includes cathode busbars on the input side 12 and on the output side 13 of the cathode casing 14, the connecting busbars 15, the anode risers on the input side 16 and on the output side 17, which are located symmetrically to the plane of symmetry YZ. The connecting buses 15 are located in the immediate vicinity of the cathode busbar of series 3 and 4. The anode risers of the input side 16 are connected to the cathode buses 13 of the input side of the previous electrolyzer. The anode risers of the output side 17 are connected to the cathode buses of the input side 12 of the previous cell. In the immediate vicinity of the cathode busbar there are correction buses 5 and 6 from the neighboring series of electrolyzers.
Как показано на фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 3, посредством гибких пакетов 11 ток с катодных стержней 10 передается в сборные катодные шины 12 и 13 и по соединительным шинам 15, через анодные стояки 16 и 17 передается в анодную ошиновку 7, затем в штанги 9 и аноды 8 последующего в серии электролизера. В шинах коррекции 5 и 6 от соседних рядов 3 и 4 серий электролизеров ток направлен в противоположную сторону току серии.As shown in FIG. 1, FIG. 2 and FIG. 3, by means of flexible packages 11, the current from the cathode rods 10 is transmitted to the cathode busbars 12 and 13 and via the connecting buses 15, through the anode risers 16 and 17 it is transmitted to the anode busbar 7, then to the rods 9 and anodes 8 of the subsequent one in a series of electrolyzer. In correction buses 5 and 6 from adjacent rows 3 and 4 of the series of electrolyzers, the current is directed in the opposite direction to the current of the series.
Следует отметить, что техническое решение заявки на изобретение основано на том, что электролизеры малой мощности в силу относительно низкой напряженности магнитного поля, небольшой плотности горизонтальных токов и ограниченного объема жидкого металла, не требуют чрезмерного усложнения ошиновки. Хорошие результаты при электролизе достигаются даже при одностороннем отводе тока от катода и одностороннем подводе тока к анодной ошиновке. Располагаться в корпусе такие электролизеры могут продольно по два или четыре ряда, что существенно не отражается на взаимном воздействии магнитных полей.It should be noted that the technical solution of the application for the invention is based on the fact that low-power electrolyzers, due to the relatively low magnetic field strength, low horizontal current density and a limited volume of liquid metal, do not require excessive bus complexity. Good results during electrolysis are achieved even with one-sided current removal from the cathode and one-sided current supply to the anode busbar. Such electrolyzers can be located in the housing in two or four rows lengthwise, which does not significantly affect the mutual influence of magnetic fields.
В данной заявке электролизеры большой мощности (до 2000 кА) собираются из параллельно расположенных серий маломощных электролизеров (модулей), ток в которых направлен в одну сторону. При этом, рядом расположенные ванны (модули) каждой серии, объединяются в одну общую ванну, как это показано на фиг. 2.In this application, electrolyzers of high power (up to 2000 kA) are assembled from parallel series of low-power electrolyzers (modules), the current in which is directed in one direction. In this case, the adjacent bathtubs (modules) of each series are combined into one common bathtub, as shown in FIG. 2.
Проблемы с МГД нестабильностью в каждом маломощном электролизере (модуле) сводятся к минимуму, не будет существенных проблем по МГД устойчивости и в электролизере большой мощности, который составлен из маломощных электролизеров (модулей).Problems with MHD instability in each low-power electrolyzer (module) are minimized; there will be no significant problems in MHD stability in a high-power electrolyzer, which is composed of low-power electrolyzers (modules).
Эффективно располагать их общую ванну поперечно оси корпуса электролиза. Это позволяет значительно снизить вклад напряженности магнитного поля от катодной ошиновки.Effectively arrange their common bath across the axis of the electrolysis body. This can significantly reduce the contribution of the magnetic field from the cathode bus.
Основными условиями оптимального характера магнитного поля в металле для электролизеров поперечного расположения в корпусе до 500 кА являются:The main conditions for the optimal nature of the magnetic field in the metal for transverse electrolyzers in the housing up to 500 kA are:
- вертикальное (Bz) и поперечное (Вх) магнитное поле в металле не должно превышать 1,5 mT;- the vertical (Bz) and transverse (Bx) magnetic field in the metal should not exceed 1.5 mT;
- направление поля по вертикальной компоненте (Bz) должно быть знакопеременным к каждой четвертинке ванны (пропеллерный характер);- the direction of the field along the vertical component (Bz) should be alternating to each quarter of the bath (propeller character);
- поле по продольной (By) компоненте должно быть антисимметричным относительно плоскости симметрии YZ.- the field along the longitudinal (By) component must be antisymmetric with respect to the plane of symmetry YZ.
Для электролизеров на силу тока более 500 кА этих критериев недостаточно для обеспечения высоких ТЭП.For electrolyzers with a current strength of more than 500 kA, these criteria are not enough to ensure high TEC.
Когда вертикальная составляющая магнитного поля Bz, действующая на слой расплавленного металла, имеет один и тот же знак направления (плюс или минус) на обширном участке электролизера, особенно вдоль продольных сторон электролизера, в расплаве могут возникать когерентные, возрастающие колебания поверхности расплавленного металла из-за накопления продольного момента вдоль электролизера. Они обуславливают низкую МГД устойчивость электролизеров и, соответственно, плохие ТЭП их работы. Поэтому, повышение МГД устойчивости, за счет оптимизации поля в жидком металле достигается за счет создания частой перемены знака по составляющей поля Bz, вдоль продольных сторон электролизера, при этом перемена знака должна быть антисимметричной относительно плоскости YZ электролизера.When the vertical component of the magnetic field Bz acting on the layer of molten metal has the same direction sign (plus or minus) in a large area of the cell, especially along the longitudinal sides of the cell, coherent, increasing oscillations of the surface of the molten metal can occur due to accumulation of longitudinal moment along the cell. They determine the low MHD stability of electrolyzers and, accordingly, the poor TEC of their operation. Therefore, an increase in MHD stability due to field optimization in liquid metal is achieved by creating a frequent sign change in the field component Bz along the longitudinal sides of the cell, while the sign change should be antisymmetric with respect to the YZ plane of the cell.
В настоящей заявке на изобретение данная проблема решена следующим образом. Конструкция анодных и катодных устройств электролизеров обладает значительными по величине ферромагнитными массами, обладающими существенными защитными свойствами металла от магнитного поля катодной ошиновки.In the present application for an invention, this problem is solved as follows. The design of the anode and cathode devices of electrolyzers has significant ferromagnetic masses that have significant protective properties of the metal from the magnetic field of the cathode busbar.
В отличие от магнитного поля от катодной ошиновки, поле от анодных стояков, в которых суммарно проходит весь ток серии, а между металлом и стояками отсутствуют ферромагнитные экраны, снижающие воздействие магнитного поля от стояков на металл, поле от анодных стояков, в основном, формирует вертикальное (Bz) магнитное поле в металле. С правой стороны, по ходу тока в стояке, в металле формируется поле по (Bz) направленное вниз (минус), а с левой стороны от стояка - направленное вверх (плюс). Подобрав соответствующее расстояние и силу тока в стояках на одной продольной стороне можно получить подобное синусоиде поле в металле по компоненте (Bz) с амплитудой, не более 3,0-3,5 mT. Если на противоположной стороне электролизера симметрично плоскости YX расположить аналогичные анодные стояки, то в результате в электролизере образуется антисимметричное относительно плоскостей YZ и XZ вертикальное магнитное поле, как это показано на фиг. 4.Unlike the magnetic field from the cathode busbar, the field from the anode risers, in which the entire series current passes in total, and there are no ferromagnetic screens between the metal and the risers that reduce the effect of the magnetic field from the risers on the metal, the field from the anode risers mainly forms a vertical (Bz) magnetic field in a metal. On the right side, along the current flow in the riser, in the metal a field is formed along (Bz) directed downward (minus), and on the left side of the riser - upward (plus). Having selected the appropriate distance and current strength in risers on one longitudinal side, it is possible to obtain a sinusoidal field in the metal similar to component (Bz) with an amplitude of not more than 3.0-3.5 mT. If similar anode risers are located symmetrically on the YX plane on the opposite side of the cell, then a vertical magnetic field antisymmetric with respect to the YZ and XZ planes is formed in the cell, as shown in FIG. four.
Однако при увеличении мощности электролизера за счет установки дополнительных модулей и удлинения ванны электролизера, будет расти величина вертикальной компоненты магнитной индукции особенно в крайних модулях электролизера А, Г фиг. 2.However, with increasing power of the electrolyzer due to the installation of additional modules and lengthening of the bath of the electrolyzer, the magnitude of the vertical component of the magnetic induction will increase, especially in the extreme modules of the electrolyzer A, D of FIG. 2.
Так же, по мере роста силы тока с целью компенсации наводки поля от соседнего ряда, потребуется увеличивать расстояние между рядами электролизеров для того, что бы с большего количества блюмсов передать ток в пакеты, огибающие торцы электролизера с целью компенсации растущей по Bz компоненты поля. Это отрицательно отразится на массе ошиновки и удельных затратах на единицу площади корпуса электролиза.Also, as the current strength increases in order to compensate for the field pickup from the adjacent row, it will be necessary to increase the distance between the rows of electrolytic cells in order to transfer current from more blooms to packets enveloping the ends of the electrolyzer in order to compensate for the field component growing along Bz. This will negatively affect the mass of the busbar and the unit costs per unit area of the electrolysis body.
В настоящей заявке на изобретение эти две проблемы решаются посредством установки шин коррекции под катодными ошиновками ряда электролизеров соседней серии, как это показано на фиг. 1, 2, 3, в пределах 80-100% шин от общего числа. Ток коррекции направлен в сторону, противоположную току, протекающему в катодной ошиновке ряда электролизеров соседней серии.In the present application for the invention, these two problems are solved by installing correction buses under the cathode busbars of a series of electrolyzers of the adjacent series, as shown in FIG. 1, 2, 3, within 80-100% of the tires of the total. The correction current is directed in the direction opposite to the current flowing in the cathode bus of a series of electrolyzers of the neighboring series.
Так как разность потенциалов между полюсами станции питания современных серий электролизеров может достигать 1000 В и более, то шины коррекции должны быть подключены к отдельному, собственному источнику тока с целью исключения разности потенциалов между катодной ошиновкой и шинами коррекции, что бы избежать возникновения электрической дуги, особенно тех электролизеров, которые расположены близко к источнику питания.Since the potential difference between the poles of the power supply station of modern series of electrolyzers can reach 1000 V or more, the correction buses must be connected to a separate, own current source in order to eliminate the potential difference between the cathode bus and the correction buses, in order to avoid the occurrence of an electric arc, especially those electrolyzers that are located close to the power source.
В настоящей заявке для решения этой проблемы предложено использовать вторую, независимую по питанию током серию электролиза. То есть комплекс с указанной в заявке ошиновкой состоит из двух однорядных серий электролиза. Ток в одной серии направлен (в плане) по часовой стрелке, а в другой серии - против часовой стрелки, как это показано на фиг. 1., где ряды электролизеров двух серий 3 и 4.In this application, to solve this problem, it is proposed to use a second series of electrolysis, which is independent in power supply by current. That is, the complex with the busbar indicated in the application consists of two single-row electrolysis series. The current in one series is directed (in plan) clockwise, and in another series - counterclockwise, as shown in FIG. 1., where the rows of electrolytic cells of two series 3 and 4.
Вторые ряды в каждой серии замещаются шинами коррекции 5 и 6, которые расположены в непосредственной близости, в большей степени, под днищами соседней рядов серии электролизеров 3 и 4. Так как в катодной ошиновке и в шинах коррекции токи одинаковые и направлены в противоположные стороны, то следуя правилу «правого буравчика» ток от шин катодной ошиновки и шин коррекции компенсируют магнитное поле вокруг себя. Шины коррекции, во-первых, компенсируют вертикальное магнитное поле в расплаве электролизеров до оптимальных величин, во-вторых, вычитают поле вокруг каждого из двух рядов 3 и 4 серий электролиза, тем самым, исключая наводку магнитного поля на соседний ряд электролизеров.The second rows in each series are replaced by correction buses 5 and 6, which are located in the immediate vicinity, to a greater extent, under the bottoms of the adjacent rows of the series of electrolyzers 3 and 4. Since the currents are the same in the cathode busbar and in the correction buses, they are directed in opposite directions, following the rule of the “right gimlet”, the current from the cathode busbars and correction buses compensate the magnetic field around them. Correction buses, firstly, compensate for the vertical magnetic field in the melt of electrolysis cells to optimal values, and secondly, subtract the field around each of the two rows of 3 and 4 series of electrolysis, thereby eliminating the induction of a magnetic field on an adjacent row of electrolysis cells.
Это позволяет устанавливать ряды электролизеров в непосредственной близости друг от друга, например, в одном корпусе электролиза. Однако шины коррекции оптимизируют не только вертикальную (Bz) компоненту поля в металле, но и влияют на продольную (By) компоненту, формируемую, в основном, объемными токами и токами катодных стержней, а именно, на входной продольной стороне электролизера вычитают ее, а на выходной стороне увеличивают, складываясь с ней, т.к. совпадают по направлению. На фиг. 6 показано поле по By в металле электролизера со стояками, установленными только на входной стороне электролизера при наличии шин коррекции. Как видно, поле по этой компоненте на 100% имеет положительное направление. Если на входной стороне оно составляет (-2-0mT), то на противоположной продольной стороне достигает (+36-+38 mT). При взаимодействии с вертикальным током в металле возникают силы Лоренца, направленные в плане с входной продольной стороны на выходную продольную сторону, что вызовет перекос металла, а вернее, сдвиг его с входной продольной стороны на выходную сторону. При этом, входная продольная сторона становится «горячей», а «выходная» - холодной. Этот факт обуславливает нарушение симметрии теплового баланса в электролизере, формы рабочего пространства, электрического поля в металле, а именно, возникновению планарных токов, которые, как известно, снижают МГД устойчивость электролизеров и ТЭП их работы.This allows you to install the rows of electrolyzers in close proximity to each other, for example, in one electrolysis housing. However, correction buses optimize not only the vertical (Bz) component of the field in the metal, but also affect the longitudinal (By) component, which is formed mainly by volume currents and cathode rod currents, namely, on the input longitudinal side of the electrolyzer, subtract it, but on the output side is increased, folding with it, because coincide in direction. In FIG. Figure 6 shows the By field in the cell metal with risers installed only on the input side of the cell in the presence of correction buses. As you can see, the field for this component is 100% in a positive direction. If on the input side it is (-2-0mT), then on the opposite longitudinal side it reaches (+ 36- + 38 mT). When interacting with the vertical current in the metal, Lorentz forces appear, directed in the plan from the input longitudinal side to the output longitudinal side, which will cause the metal to skew, or rather, shift it from the input longitudinal side to the output side. In this case, the input longitudinal side becomes “hot”, and the “output” side becomes cold. This fact causes a violation of the symmetry of the heat balance in the electrolyzer, the shape of the working space, the electric field in the metal, namely, the appearance of planar currents, which, as you know, reduce the MHD stability of electrolyzers and TEC of their work.
В настоящей заявке на изобретение эта проблема решается наличием анодных стояков расположенных на противоположной, выходной стороне электролизера 7, как это показано на фиг. 2, 3. В этом случае, суммарный ток в стояках на входной стороне снижается, примерно в 2 раза, а значит, способствует росту поля по Вх на входной стороне, т.к. поле от анодных стояков по By складывается с аналогичным полем от шин коррекции. На выходной стороне поле от анодных стояков, наоборот, вычитает поле от шин коррекции. Подбирая силу тока в анодных стояках на входной и выходной стороне электролизера, в пределах установленных формулой заявки на изобретения можно достичь антисимметричное, относительно плоскости YZ магнитное поле вдоль продольных сторон, а значит и симметричный перекос поверхности металла, как это показано на фиг. 7.In the present application for the invention, this problem is solved by the presence of anode risers located on the opposite, output side of the electrolyzer 7, as shown in FIG. 2, 3. In this case, the total current in the risers on the input side decreases by about 2 times, which means that it contributes to the growth of the Bx field on the input side, because the field from the anode risers by By is added to the same field from the correction buses. On the output side, the field from the anode risers, on the contrary, subtracts the field from the correction buses. By selecting the current strength in the anode risers on the input and output sides of the cell, within the limits set by the claims for the invention, it is possible to achieve an asymmetric magnetic field along the longitudinal sides with respect to the YZ plane, and hence a symmetrical skew of the metal surface, as shown in FIG. 7.
В литературном источнике «Light metals- 2017», editor Anre P. Ratvik, p.26, ISSN 2367-1181 ISSN 2367-1696 (electronic) The Minerals, Metals & Materials Series, ISBN 978-3-319-51540-3 ISBN 978-3-319-51541-0 (eBook) опубликованы основные показатели работы опытно-промышленной группы электролизеров на 550 кА, ошиновка которых смонтирована в соответствии с патентом-прототипом к настоящей заявке на изобретение (RU 2288976). Испытания продолжаются уже более 2-х лет.In the literature “Light metals-2017”, editor Anre P. Ratvik, p. 26, ISSN 2367-1181 ISSN 2367-1696 (electronic) The Minerals, Metals & Materials Series, ISBN 978-3-319-51540-3 ISBN 978-3-319-51541-0 (eBook) published the main performance indicators of the experimental-industrial group of electrolyzers for 550 kA, the busbar of which is mounted in accordance with the prototype patent for this application for invention (RU 2288976). Tests have been going on for more than 2 years.
При указанном на фиг. 4 измеренном магнитном поле по компоненте Bz, которое аналогично полю по заявке на изобретение (фиг. 5) опытно-промышленная группа работает со следующими показателями:With reference to FIG. 4 measured magnetic field by component Bz, which is similar to the field according to the application for invention (Fig. 5), the experimental industrial group works with the following indicators:
- сила тока - 550 кА;- current strength - 550 kA;
- выход по току - 94,5%;- current efficiency - 94.5%;
- напряжение - 3,8 В;- voltage - 3.8 V;
- удельный расход электроэнергии - 12,000 MWh/kg.- specific energy consumption - 12,000 MWh / kg.
Со времени начала испытаний на этих электролизерах не удалось добиться МГД нестабильности. При нормальной работе шум на них составляет 5-6 мВ. При отклонениях - не превышает 20 мВ.Since the start of testing on these electrolyzers, it was not possible to achieve MHD instability. During normal operation, the noise on them is 5-6 mV. With deviations - does not exceed 20 mV.
Практические измерения и расчеты указывают на одинаковый качественный и количественный характер магнитного поля по компонентам поля Bz и Вх в расплаве электролизера прототипа и электролизера по заявке на изобретение на 800 кА, как это показано на фиг. 4, 5 и 7.Practical measurements and calculations indicate the same qualitative and quantitative nature of the magnetic field by the field components Bz and Bx in the melt of the prototype electrolyzer and the electrolyzer according to the invention application of 800 kA, as shown in FIG. 4, 5 and 7.
Указанные совпадения с высокой достоверностью прогнозируют показатели работы электролизера с ошиновкой по заявке (до 2000 кА) не хуже, чем электролизера-прототипа.These coincidences with high reliability predict the performance of the electrolyzer with busbar on request (up to 2000 kA) no worse than the electrolyzer prototype.
Claims (3)
Priority Applications (9)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017147133A RU2678624C1 (en) | 2017-12-29 | 2017-12-29 | Modular busbar for series of aluminum electrolysis cells |
| CA3052237A CA3052237C (en) | 2017-12-29 | 2018-12-21 | A modular busbar system for aluminum potlines |
| US16/484,453 US20200010968A1 (en) | 2017-12-29 | 2018-12-21 | Modular busbar for series of aluminium electrolyzers |
| IL269993A IL269993B (en) | 2017-12-29 | 2018-12-21 | A modular busbar system for aluminum potlines |
| CN201880016437.0A CN110392750B (en) | 2017-12-29 | 2018-12-21 | Modular busbar system for aluminium electrolysis cell series |
| BR112019018189-0A BR112019018189A2 (en) | 2017-12-29 | 2018-12-21 | SYSTEM AND BUS FOR ALUMINUM ELECTROLYZER SERIES |
| AU2018398340A AU2018398340A1 (en) | 2017-12-29 | 2018-12-21 | Modular busbar for series of aluminium electrolyzers |
| PCT/RU2018/050166 WO2019132737A1 (en) | 2017-12-29 | 2018-12-21 | Modular busbar for series of aluminium electrolyzers |
| EP18895625.4A EP3643813A4 (en) | 2017-12-29 | 2018-12-21 | Modular busbar for series of aluminium electrolyzers |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017147133A RU2678624C1 (en) | 2017-12-29 | 2017-12-29 | Modular busbar for series of aluminum electrolysis cells |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2678624C1 true RU2678624C1 (en) | 2019-01-30 |
Family
ID=65273641
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017147133A RU2678624C1 (en) | 2017-12-29 | 2017-12-29 | Modular busbar for series of aluminum electrolysis cells |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20200010968A1 (en) |
| EP (1) | EP3643813A4 (en) |
| CN (1) | CN110392750B (en) |
| AU (1) | AU2018398340A1 (en) |
| BR (1) | BR112019018189A2 (en) |
| CA (1) | CA3052237C (en) |
| IL (1) | IL269993B (en) |
| RU (1) | RU2678624C1 (en) |
| WO (1) | WO2019132737A1 (en) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1595345A3 (en) * | 1985-06-05 | 1990-09-23 | Алюминиюм Пешинэ (Фирма) | Current supply device amd method of supplying aluminium electrolyzers |
| RU2164557C2 (en) * | 1999-04-20 | 2001-03-27 | ОАО "Объединенная компания "Сибирский алюминий" | Busbars system of aluminium cell |
| RU2288976C1 (en) * | 2005-05-04 | 2006-12-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Инженерно-технологический центр" | Module-type bus arrangement of aluminum producing electrolyzers |
| RU2316619C1 (en) * | 2006-04-18 | 2008-02-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Русская инжиниринговая компания" | Apparatus for compensating magnetic field induced by adjacent row of connected in series high-power aluminum cells |
| EA011017B1 (en) * | 2005-03-01 | 2008-12-30 | Солвей (Сосьете Аноним) | Electrical circuit of an electrolyzer and method for reducing the electromagnetic fields in the vicinity of the electrolyzer |
| CN101423960A (en) * | 2008-11-21 | 2009-05-06 | 中国铝业股份有限公司 | Bus-bar collocation structure outside aluminum cell |
| RU2361018C2 (en) * | 2004-04-02 | 2009-07-10 | Алюминиюм Пешинэ | Cells series for manufacturing of aluminium, consisting facilities for balancing of magnetic fields at end of line |
Family Cites Families (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NO144675C (en) * | 1979-07-24 | 1981-10-14 | Ardal Og Sunndal Verk | DEVICE FOR COMPENSATION OF DAMAGING MAGNETIC EFFECT BETWEEN TWO OR MORE SERIES OF LONG-TERM ELECTRICYTLE OVENERS FOR MELT-ELECTROLYTIC MANUFACTURING OF METAL, FOR EXAMPLE ALUMINUM |
| EP0084142B1 (en) * | 1982-01-18 | 1987-06-10 | ALUMINIA S.p.A. | Method and apparatus for electric current supply of pots for electrolytic production of metals, particularly aluminium |
| FR2552782B1 (en) | 1983-10-04 | 1989-08-18 | Pechiney Aluminium | ELECTROLYSIS TANK WITH INTENSITY HIGHER THAN 250,000 AMPERES FOR THE PRODUCTION OF ALUMINUM BY THE HALL-HEROULT PROCESS |
| NO164787C (en) * | 1988-05-11 | 1990-11-14 | Norsk Hydro As | DEVICE FOR COMPENSATION OF DAMAGING MAGNETIC EFFECT FROM LIKE RIGHT FIELD AND ENDFIELD ON TRANSFERRED ELECTROLYE OVEN IN MOLDING ELECTROLYTIC PRODUCTS OF ALUMINUM. |
| RU2170290C1 (en) * | 2000-02-10 | 2001-07-10 | ОАО "Объединенная компания "Сибирский алюминий" | Power suply unit for aluminium electrolyzers connected in series |
| CN1246503C (en) * | 2003-06-13 | 2006-03-22 | 沈阳铝镁设计研究院 | Configuration method of serial electrolyzer bus |
| CN101423958A (en) * | 2008-11-21 | 2009-05-06 | 中国铝业股份有限公司 | Aluminum cell bus-bar collocation structure including external compensation |
| CN101423959A (en) * | 2008-11-21 | 2009-05-06 | 中国铝业股份有限公司 | Bus-bar collocation structure of aluminum cell |
| CN101748443B (en) * | 2008-12-09 | 2012-05-23 | 贵阳铝镁设计研究院有限公司 | Method and structure for collocating aluminum electrolysis cell cathode bus bar in charging mode at two points on terminals |
| FR2977898A1 (en) * | 2011-07-12 | 2013-01-18 | Rio Tinto Alcan Int Ltd | ALUMINERY COMPRISING CATHODIC EXIT TANKS THROUGH THE BOTTOM OF THE HOUSING AND TANK STABILIZATION MEANS |
| WO2014014373A1 (en) * | 2012-07-17 | 2014-01-23 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" | Busbar arrangement for aluminium electrolysers with a longitudinal position |
| FR3009564A1 (en) * | 2013-08-09 | 2015-02-13 | Rio Tinto Alcan Int Ltd | ALUMINUM COMPRISING AN ELECTRIC COMPENSATION CIRCUIT |
| FR3032459B1 (en) * | 2015-02-09 | 2019-08-23 | Rio Tinto Alcan International Limited | ALUMINERY AND METHOD FOR COMPENSATING A MAGNETIC FIELD CREATED BY CIRCULATION OF THE ELECTROLYSIS CURRENT OF THIS ALUMINUM |
| WO2017020123A1 (en) * | 2015-08-06 | 2017-02-09 | 9320-0145 Québec Inc. | Electrical connector system for electrolysis cell of aluminum production plant and method of using same |
| FR3042509B1 (en) * | 2015-10-15 | 2017-11-03 | Rio Tinto Alcan Int Ltd | SERIES OF ELECTROLYSIS CELLS FOR THE PRODUCTION OF ALUMINUM COMPRISING MEANS FOR BALANCING THE MAGNETIC FIELDS AT THE END OF THE FILE |
-
2017
- 2017-12-29 RU RU2017147133A patent/RU2678624C1/en active
-
2018
- 2018-12-21 EP EP18895625.4A patent/EP3643813A4/en active Pending
- 2018-12-21 AU AU2018398340A patent/AU2018398340A1/en active Pending
- 2018-12-21 WO PCT/RU2018/050166 patent/WO2019132737A1/en unknown
- 2018-12-21 US US16/484,453 patent/US20200010968A1/en not_active Abandoned
- 2018-12-21 CN CN201880016437.0A patent/CN110392750B/en active Active
- 2018-12-21 BR BR112019018189-0A patent/BR112019018189A2/en unknown
- 2018-12-21 CA CA3052237A patent/CA3052237C/en active Active
- 2018-12-21 IL IL269993A patent/IL269993B/en unknown
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1595345A3 (en) * | 1985-06-05 | 1990-09-23 | Алюминиюм Пешинэ (Фирма) | Current supply device amd method of supplying aluminium electrolyzers |
| RU2164557C2 (en) * | 1999-04-20 | 2001-03-27 | ОАО "Объединенная компания "Сибирский алюминий" | Busbars system of aluminium cell |
| RU2361018C2 (en) * | 2004-04-02 | 2009-07-10 | Алюминиюм Пешинэ | Cells series for manufacturing of aluminium, consisting facilities for balancing of magnetic fields at end of line |
| EA011017B1 (en) * | 2005-03-01 | 2008-12-30 | Солвей (Сосьете Аноним) | Electrical circuit of an electrolyzer and method for reducing the electromagnetic fields in the vicinity of the electrolyzer |
| RU2288976C1 (en) * | 2005-05-04 | 2006-12-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Инженерно-технологический центр" | Module-type bus arrangement of aluminum producing electrolyzers |
| RU2316619C1 (en) * | 2006-04-18 | 2008-02-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Русская инжиниринговая компания" | Apparatus for compensating magnetic field induced by adjacent row of connected in series high-power aluminum cells |
| CN101423960A (en) * | 2008-11-21 | 2009-05-06 | 中国铝业股份有限公司 | Bus-bar collocation structure outside aluminum cell |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP3643813A1 (en) | 2020-04-29 |
| BR112019018189A2 (en) | 2020-06-23 |
| IL269993B (en) | 2022-06-01 |
| CA3052237C (en) | 2021-07-27 |
| EP3643813A4 (en) | 2020-07-29 |
| CA3052237A1 (en) | 2019-07-04 |
| WO2019132737A1 (en) | 2019-07-04 |
| US20200010968A1 (en) | 2020-01-09 |
| CN110392750B (en) | 2023-07-21 |
| AU2018398340A1 (en) | 2019-09-26 |
| CN110392750A (en) | 2019-10-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2288976C1 (en) | Module-type bus arrangement of aluminum producing electrolyzers | |
| RU2386730C2 (en) | Method and systems of electric connection and magnetic compensation of aluminium electrolysis baths | |
| CN100570010C (en) | The electrolyzer group that is used to produce aluminium that comprises the device that is used for the balanced magnetic field of locating at the production line two ends | |
| CN103649376B (en) | Be included in pot shell bottom and there is the electrolytic cell of negative electrode output and the aluminium manufacturer of electrolytic cell stabilising arrangement | |
| CN101092712A (en) | A device for compensating a magnetic field induced in a linearly arranged series of electrolysis cells by an adjacent generally parallel line of cells | |
| PL117500B1 (en) | Method of compensation of magnetic field induced by neighbouring row in electrolyzer seriesim rjadom serii ehlektrolizerov | |
| PL115407B3 (en) | Method and apparatus for compensation of magnetic fields of adjoining rows of thermo-electrolyzer tanks | |
| RU2764623C2 (en) | Electrolysis plant for producing aluminum, containing electrical conductors made of superconducting material | |
| RU2678624C1 (en) | Modular busbar for series of aluminum electrolysis cells | |
| TR201821117T4 (en) | Aluminum smelter with a balancing electric circuit. | |
| RU2548352C2 (en) | Bus arrangement of lengthways located aluminium electrolysers | |
| EA037336B1 (en) | Modified electrolysis cell and method for modifying same | |
| RU2722026C2 (en) | Series of electrolytic cells for producing aluminum, comprising means for balancing the magnetic fields at the end of the row | |
| RU2339742C2 (en) | Bus arrangement of lengthway located aluminum electrolysers | |
| RU2164557C2 (en) | Busbars system of aluminium cell | |
| Zhang et al. | Evolution of the busbar structure in large-scale aluminum reduction cells | |
| RU2505626C1 (en) | Bus arrangement of electrolysis cell for producing aluminium | |
| RU2132888C1 (en) | Bus arrangement of aluminum electrolyzer | |
| RU2179202C2 (en) | Bus arrangement of electrolyzer for production of aluminum | |
| RU2295589C1 (en) | Equipping the aluminum electrolyzers with the busbars | |
| RU2168564C2 (en) | Compensation device | |
| AU2003100935A4 (en) | Busbar system for aluminium electrolytic cell | |
| EA016404B1 (en) | Improvements relating to electrolysis cells connected in series and a method for operation of same | |
| RU2107754C1 (en) | Bus arrangement of electrolyzer for production of aluminum | |
| JPS6054399B2 (en) | Electrolytic furnace for aluminum production |