RU2282681C1

RU2282681C1 - Bus arrangement for aluminum electrolyzers

Info

Publication number: RU2282681C1
Application number: RU2005104900/02A
Authority: RU
Inventors: Петр Николаевич Вабищевич (RU); Петр Николаевич Вабищевич; Александр Олегович Гусев (RU); Александр Олегович Гусев
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Инженерно-технологический центр"
Priority date: 2005-02-22
Filing date: 2005-02-22
Publication date: 2006-08-27

Abstract

FIELD: non-ferrous metallurgy; electrolytic production of aluminum in electrolyzers at longitudinal position in housing.

SUBSTANCE: bus arrangement of powerful aluminum electrolyzers includes two risers mounted on longitudinal sides of electrolyzer and two other risers located at inlet end face of electrolyzer cathode casing and two cathode sectional buses mounted on each longitudinal side of electrolyzer. Current from some cathode rods located on side of outlet end face of cathode casing is transmitted to risers located on longitudinal sides of next electrolyzer by means of cathode buses. Cathode buses transmitting current from electrolyzer cathode rods on side of inlet end face of cathode casing are located along transversal and longitudinal axes of electrolyzer under its bottom; they rise on outlet end face of cathode casing to level of metal and are connected with risers located on inlet end face of cathode casing of subsequent electrolyzer. Such position of cathode buses ensures optimal compensation for magnetic field and high magneto-hydro-dynamic stability (MHD) of electrolyzer.

EFFECT: increased productivity of electrolyzers of high unit power at high degree of distribution of electromagnetic force compensation in melt due to re-distribution of magnetic field.

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, оказывающего отрицательное минимальное влияние на технологический процесс.The connection of electrolyzers is carried out by a system of conductive buses, one of the main requirements for which is to ensure the optimum magnetic field in the melt, which has a negative minimum effect on the process.

Известна ошиновка алюминиевых электролизеров с двусторонним подводом тока к анодным шинам через стояки, расположенные у входного и выходного торцов катодного кожуха, катодные стержни которой разделены на группы, соединенные с самостоятельными пакетами катодных шин, в которой ток к входным и выходным стоякам подводят несимметрично в отношении, близком 2:1 (Авторское свидетельство СССР №168457, С 25 С 3/16, 1963).Known is the busbar of aluminum electrolyzers with two-sided supply of current to the anode buses through risers located at the input and output ends of the cathode casing, the cathode rods of which are divided into groups connected to separate packages of cathode buses, in which the current to the input and output risers is supplied asymmetrically with respect to, close to 2: 1 (USSR Author's Certificate No. 168457, C 25 C 3/16, 1963).

Недостатком известной конструкции ошиновки является высокое значение вертикальной компоненты индукции магнитного поля в ванне электролизера. С увеличением тока электролизера увеличивается магнитное поле и электромагнитные силы в расплавленном алюминии. Некомпенсированные электромагнитные силы приводят к большим циркуляциям расплава и большим перекосам его уровня, снижению запаса МГД-устойчивости электролизера.A disadvantage of the known busbar design is the high value of the vertical component of the magnetic field induction in the cell bath. With increasing current of the electrolyzer, the magnetic field and electromagnetic forces in molten aluminum increase. Uncompensated electromagnetic forces lead to large circulations of the melt and large distortions of its level, a decrease in the supply of MHD stability of the electrolyzer.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому техническому решению является 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, С 25 С 3/16, 1978).The closest in technical essence and the achieved effect to the proposed technical solution is the busbar of powerful aluminum electrolyzers in their longitudinal arrangement 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 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, C 25 C 3 / 16, 1978).

Недостатком известного технического решения является то, что оно не может быть использовано на электролизерах с продольным расположением в корпусе большой единичной мощности (200 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.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 (200 kA and above) due to insufficient compensation of the magnetic field. MHD stability of the cell at such significant currents is provided by increased requirements for the configuration of the magnetic field in the cell bath. For the operation of the electrolyzer in acceptable technological conditions, it is necessary to minimize the value of the vertical magnetic field.

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.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.

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 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. В изобретении, согласно предлагаемому решению, пакеты катодных шин, передающие ток с катодных стержней электролизера со стороны входного 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 входного торца катодного кожуха, соединены со стояками, расположенными во входном торце катодного кожуха последующего электролизера, на уровне металла в электролизере.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. In this case, 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. In the invention, according to the proposed solution, the cathode busbar packages transmitting current from the cathode rods of the electrolyzer from the input 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 input 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 .

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 200 кА, по прототипу, на фиг.3 показана вертикальная компонента индукции магнитного поля (в гауссах) для электролизера с заявляемой ошиновкой.Figure 1 shows the claimed busbar circuit, figure 2 shows the vertical component of the induction of the magnetic field (in Gauss) for the electrolytic cell at a current strength of 200 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 выходного 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 входного торца катодного кожуха, расположены вдоль поперечной и продольной полуосей электролизера, под днищем электролизера. Катодные шины 7 и 8 на выходном торце предыдущего электролизера подняты до уровня металла в электролизере и соединены со стояками 3 и 4.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 output end side is connected via 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 input end of the cathode casing, are located along the transverse and longitudinal axes the cell, under the bottom of the cell. 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 risers 3 and 4.

Большая МГД-устойчивость электролизера связана с минимизацией вертикального магнитного поля в ванне электролизера. При использовании заявляемой ошиновки на каждый анодный стояк приходит ток с одинакового количества катодных стержней.The large MHD stability of the cell is associated with minimizing the vertical magnetic field in the cell bath. When using the claimed busbar for each anode riser current comes from the same number of cathode rods.

Эффект предлагаемого технического решения иллюстрируется фиг.3. Как видно на фиг.3, осуществление токоподвода по указанной схеме ошиновки приводит к значительному уменьшению величины вертикального магнитного поля в проекции анодного массива. Как показывают детальные численные расчеты по исследованию МГД-устойчивости, это обеспечивает заметно более высокую МГД-стабильность электролизера с новой ошиновкой.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. As detailed numerical calculations on the study of MHD stability show, this provides a significantly higher MHD stability of the electrolyzer with a new busbar.

Claims

The busbar of high-power aluminum electrolysers in their longitudinal arrangement in the housing, containing anode buses, risers and cathode rods, divided into groups, each of which is connected to an independent package of cathode buses, packages of cathode buses of groups of rods closest to the input end of the cathode casing are connected to the risers located at the inlet end of the subsequent electrolyzer, and the remaining groups of cathode rods with risers located along the sides of the cathode casing of the subsequent electrolyzer, characterized in that cathode busbars transmitting current from the cathode rods of the cell from the input end of the cathode casing are located under the bottom of the cell perpendicular to the longitudinal axis, and then parallel to the longitudinal axis of the cell in the space between the output end of the cathode casing of the previous and the input end of the cathode casing of the subsequent electrolysis cells, connected to the risers at the metal level in the cell.