Ошиновка электролизеров дл получени алюмини при продольном двухр дном расположении их в корпусе

Использование: ошиновки электролизеров для получения алюминия при продольном двурядном расположении их в корпусе. Целью изобетения является - увеличение выхода алюминия по току. Сущность заключается в том, что пакеты сборных катодных шин на стороне, дальней от соседнего ряда электролизеров, размещают на уровне ниже на 1,1 - 2.7 м, чем подобные пакеты на противоположной стороне электролизера. Во входной торец анодной шины, расположенной на стороне, ближней от соседнего ряда, поступает 16.7 - 20,6% тока серии. При этом отношение силы тока поступающего во входной торец анодной шины, расположенной на дальней от соседнего ряда стороне электролизера, к силе тока, подаваемого во входной торец противоположной анодной шины данного электролизера, находится в пределах (12 - 1.7): 1. Указанные выше параметры подбираются в зависимости от силы тока, расстояния между рядами электролизеров с помощью математического ипи физического моделирования 2 зп.ф-лы, 5 ил.

//////////////7777777/

//////

Фиг. 2

CD

«Т О

о

1t

и

Соседний PSH змктро/шзероЗ

Соседний ряд злех/яре/и/зе/юЯ

+Н|1

39,КкА

67,№кА

Фиг. 5

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано в конструкции токоподвода алюминиевых электролизеров с продольным размещением их в корпусе электролиза,

Известна ошиновка электролизеров для получения алюминия при продольном двух- рядном расположении электролизеров в корпусе, включающая катодные спуски, выходящие за борт катодного кожуха и соеди- ненные с катодными шинами, вдоль борта катодного кожуха, противоположного соседнему ряду электролизеров, дополнительно установлены Г-образные шины, соединенные вертикальными частями с входными участками катодных шин, а горизонтальными частями - с катодными спусками (авт.св. 1284273).

Недостатком известной ошиновки является высокая степень неравномерности рас- пределения магнитного поля в расплаве, а также значительные по абсолютной величине значения поперечной (Ну) и вертикальной (Hz) составляющих магнитного поля, не обеспечивающие оптимальную магнитно- гидродинамическую стабильность (МГД) расплава для электролизеров силой тока свыше 160 кА.

Известна также ошиновка алюминиевых электролизеров при продольном распо- лохении в корпусе, содержащая анодныэ шины, стояки, пакеты катодных шин групп стержней, ближайших к входному торцу катодного устройства, соединенные со стояками , расположенными у входного торца, а остальные группы катодных стержней - со стояками, расположенными вдоль бортов катодного кожуха последующего электролизера . При разделении катодных стержней на ДБЭ группы стояк, расположенный у бор- та, соединен с анодной шиной в ее середине , а при разделении катодных стержней на три группы стояки расположены так, что они соединены с анодной шиной в точках, делящих ее длину соответственно 1:3 и 2:3 1.

Недостатком известного изобретения является снижение выхода алюминия по току при наличии соседнего второго ряда электролизеров в корпусе, Соседний ряд будет создавать в расплаве электролизеров с ошиновкой указанной конструкции дополнительную , вертикальную вверх направленную составляющую магнитного поля ( A Bz), которая будет нарушать симметрию магнит- ного поля по этой составляющей и явится причиной снижения магнитно-гидродинамической стабильности расплава, что в свою очередь отрицательно отразится на выходе алюминия по току, стойкости борто5

0 5

0 5 0 5

0 5

вой настыли, а значит и сроке службы катодного устройства.

Целью изобретения является увеличение выхода алюминия по току.

Поставленная цель достигается тем, что пакеты сборных катодных шин на стороне, дальней от соседнего ряда электролизеров, размещаются на уровне ниже на 1,1+2,7 м, чем подобные пакеты на противоположной стороне электролизера. К входному торцу анодной шины, расположенной на стороне, ближней от соседнего ряда, подключается 16,,6% всех катодных стержней предыдущего электролизера. При .этом отношение количества катодных стержней, подключенных к торцу анодной шины, расположенной на дальней от соседнего ряда стороне электролизера, к количеству катодных стержней, подключенных к входному торцу противоположной анодной шины данного электролизера, находится в пределах (1,2+1,7):1, Указанные выше параметры подбираются в зависимости от силы тока, расстояния между рядами электролизеров с помощью математического или физического моделирования,

На фиг. 1 показана предлагаемая ошиновка для электролизера на 190 кА при расстоянии между рядами электролизеров 12,8 м, вид сверху; на фиг. 2 - вид со стороны продольного борта катодного кожуха, противоположного соседнему ряду электролизеров в корпусе. На графиках фиг. 3, 4, 5 - сравнительные характеристики магнитного поля в расплаве электролизеров с ошиновкой по предлагаемому и известному способам ,

Устройство включает катодные стержни 1, разделенные на три отдельные группы 2, 3, 4 и 5, 6, 7 на каждой стороне электролизера , каждая из которых соединена с самостоятельным пакетом сборных катодных шин 8, 9, 10 и 11, 12, 13. Пакеты катодных шин 8 и 11 соединены со стояками 14, 15, а пакеты шин 9,10,12,13-со стояками 16,17,18,19, расположенными вдоль бортов катодного кожуха. Стояки 16, 17, 18, 19 соединены с анодными шинами 20, 21 в точках 22 и 23, делящих длину анодных шин в соотношении 1:3 и 2:3.

Ошиновка работает следующим образом . Ток с катодных стержней 1 собирается в 6 групп пакетов катодных шин 8-13. Ток, собирающийся с групп стержней 2,5, расположенных вблизи входного торца электролизеров , поступает по шинам 8, 11 в стояки 14, 15, расположенные на продольных сторонах между рассматриваемым и последующих электролизерами. Ток с остальных катодных стержней собирается в два единаковых пакета на каждой стороне Э, 10 и 12, 13, зачем поступает в два анодных стояка на каждой стороне 16, 17, 18, 19 последующего электролизера. Из стояков ток распределяется в анодные шины 20, 21. Количество тока, подаваемого через стояки 14, 15 во входные торцы анодных шин с помощью подключения к ним соответствующего количества катодных стержней предыдущего электролизера, находится в пределах 1,7- 35,0% от тока серии, что создает в анодных однонаправленный к выходному торцу убывающий ток, создающий в расплаве разномерно убывающую от входного к выходному торцу поперечную (Ву) составляющую магнитного поля, направленную справа-налево, т.е. положительную по знаку относительно выбранной системы координат. В совокупности с магнитным полем, создаваемым в расплаве сборными катодными шинами, в которых ток наоборот возрастает от входного к выходному торцу и, в связи с тем, что шины расположены ниже уровня расплава и создают отрицательную Ву, в рабочей зоне электролизера создается относительно симметричное и невысокое по абсолютному значению поле по Ву составляющей. Наличие двух симметрично расположенных анодных стояков на каждой продольной стороне обеспечивает равномерное распределение магнитного поля в объеме расплава по всем составляющим магнитного поля. С целью компенсации влияния соседнего ряда электролизеров, пакеты катодных шин

11,12, 13 ча глухой стороне рассматриваемого электролизера находятся ниже уровня металла и пакетов катодных шик, расположенных на противоположной стороне электролизера 8, 9 10. В таком случае пакеты 8, 9, 10 создают в расплаве отрицательную по знаку (вниз направленную) Вг составляющую, которая компенсирует Вг от соседнего ряда электролизеров. Кроме того, само удаление пакетов 11, 12, 13 от металла способствует снижению Bz на глухой стороне . В результате совокупного действия указанных явлений s расплаве создается симметричное относительно невысокое по абсолютному значению магнитное поле по Bz составляющей. Однако, находясь на разных уровнях, катодные шины глухой и лицевой сторон могут создавать в расплаве несимметричную относительно продольной оси Ву составляющую. В связи с тем, что на глухой стороне пакеты катодных шин 11,

12,13 находятся в большей степени ниже уровня расплава, то на этой стороне Bv должна иметь более высокие значения в рабочей зоне электролизера, чем на противоположной стороне Чтобы уменьшить указанный

недостаток, во еходной fкодмой шины на глухой стороне с помощью подключения к нему соответствующего количества катодных стержней предыдущего электро- 5 лизера подается больший в 1,2-1,7 раза ток, чем в анодную шину на лицевой стороне. Избыток тока на входе в анодную шину на глухой стороне своим магнитным полем частично компенсирует Ву составляющую в

0 расплаве на этой стороне. Тем самым обеспечивается относительно симметричное магнитное поле в расплаве электролизера по поперечной составляющей,

Пример. Ошиновка электролизера на

5 силу тока 190 кА при продольном двухрядном расположении в корпусе и расстоянием между рядами равном 12,8 м может быть выполнена как на фиг. 1, 2. Сборные пакеты катодных шин на лицевой стороне 8, 9, 10

0 располагаются на высоте 3,17 м от отметки

±0,0 м. Аналогичные пакеты на глухой

стороне 11, 12, 13 размещаются на уровне

+1,0 м. Таким образом пакеты шин 11, 12. 13

находятся ниже уровня пакетов 8, 9, 10 кэ

5 2,17 м. Во входной торец анодной шины ьэ лицевой стороне 20 поступает ток силой 39,12 кА за счет подключения к нему 20,6% катодных стержней предыдущего элелфо- лизера. Во входкой торец анодной шинм на

0 противоположной стороне подается 50,29 кА тока Отношение количества катодных стержней, подключенных к входному горцу анодной шины на глухой стороне, к количеству катодных стержней подключенных к

5 входному торцу на лицевой стороне составляет как 1,29:1,

К описанию заявки прилагаются расчеты , выполненные с помощью компьютера по формуле Био-Савара-Лэпласа магнитного

0 поля в 81-й точке в середине уровня металла по схеме, как это показано нз фиг. 3. для электролизеров с ошиновками предлагаемой конструкции и аналогом. Для большей наглядности и сравнимости результаты рас5 четов нанесены на графиках фиг. 3 4, 5.

Как видно из графиков и расчетов, предлагаемая ошиновка обеспечивает в расплаве более симметричные и меньшие по абсолютной величине значения Ну и Hz co0 ставляющих магнитного поля, которые, ак известно, определяют магнитно-гидродинамическую устойчивость расплава в электролизере , а значит, и выход алюминия по току Согласно расчетов среднее значение Ну со5 стзвляющей а расплаве электролизера аналога по абсолютной величине в 1,3 раза больше, чем у электролизера с предлагаемой оцинковкой. Среднее значение по Н2 составляющей аналогично больше в 1,4 ря- за, Если принять за некий критерий величину составляющей магнитного поля 15 га/м, то в расплаве электролизера с ошиновкой по предлагаемому решению площадь расплава , где Ну менее 15 га/м, составляет 53,1%, по Нг - 85,2%. В то время как для электролизера аналога эти величины меньше и соответствуют 49,4 и 53,3%.

Толщина слоя электролита и жидкого алюминия в электролизере меньше горизонтальных размеров ванны, то естественно , основная циркуляция расплава будет происходит в горизонтальной плоскости (плоскости XOY).

Известно, что поле скорости в рабочей зоне электролизера определяется особенностями распределения электромагнитной силы, для характеристики которых наиболее подходящим является ротор электромагнитной силы:

rotF -rotr x6,(1)

где вектор плотности тока;

Ef - вектор магнитной индукции.

Ответственной за планомерную циркуляцию будет являться 2 - составляющая ротора силы:

(шв. «тО ГУ

rotF)

(2)

В свою очередь пленарные электромагнитные силы можно определить из выражений:

Fy - Jz x Bx - jx x Bz(3)

Fx - jy x Bz - J x By.(4)

используя (2), (3) и (4), получим

(ro,p)Z,a-|-+H,-|--« .-tr-н. -I- +J -Jx- -llF-SgL+J ,

Далее представлены средние значения степени изменения составляющих напряженности магнитного поля вдоль координат (гА/м ), соответствующие 4-м последним членам уравнения (5),

Как видно из данных, указанных выше,

градиенты составляющих напряженности магнитного поля, входящие в уравнение (5) во всех случаях у электролизера с ошиновкой , предлагаемой в заявке существенно меньше, чем.в расплаве электролизера с

ошиновкой-аналогом соответственно: на 41,5, 71,4, 38,2, 23,7%. Кроме того, Ну и Hz, входящие в уравнение (5), также меньше в расплаве электролизера с предлагаемой ошиновкой, чем уже отмечалось выше.

На основании изложенного можно отметить , что в среднем ротор сил в рабочей зоне электролизера с предлагаемой ошиновкой существенно меньше, чем у электролизера аналога. Т.е. электролизер с предлагаемой ошиновкой, имея существенно меньшие скорости циркуляционных потоков , по сравнению с прототипом, более МГД-устойчив. Это обеспечивает более высокий выход алюминия по току, способствует стабилизации теплового поля электролизера , а значит, увеличивает возможность создания более стойкой естественной бортовой настыли, что в конечном итоге положительно отражается на сроке службы катодного устройства электролизера.

Анализируя степень изменения составляющих напряженности магнитного поля в расплаве электролизера с ошиновкой-аналогом , следует отметить их наиболее высокие величины (до 15+35 га/м2} в районе анодных стояков, расположенных на продольных сторонах. Таким образом, (rot Fe)z в этих областях сравнительно высок, а значит , в этих местах наблюдается повышенная активность расплава, что в конечном итоге может привести к расплавлению бортовой настыли в областях и возможны протеки расплава через борт. В связи с тем, что

предлагаемая ошиновка содержит по два стояка на каждой продольной стороне, воздействие их на расплав рассредоточивается более равномерно по объему и отмеченный выше недостаток отсутствует.

50

(56) Патент СССР № 738518, кл. С 25 С 3/16, 1980.

Формула изобретения

1. ОШИНОВКА ЭЛЕКТРОЛИЗЕРОВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНИЯ ПРИ ПРОДОЛЬНОМ ДВУХРЯДНОМ РАСПОЛОЖЕ- НИИ ИХ В КОРПУСЕ, содержащая анодные шины, стояки, пакеты катодных шин групп стержней, из которых ближние к входному торцу катодного устройства соединены со стояками, расположенными у входного торца, а остальные - со стояками, расположенными вдоль бортов катодного кожуха последующего электролизера, анодные стояки соединены с анодной шиной в точках, соответствующих 1/3 и 2/3 ее длины, отличающаяся тем, что, с целью увеличения выхода алюминия по току за счет компенсации влияния магнитного поля соседнего ряда, пакеты катодных шин , на стороне, дальней от соседнего ряда

электролизеров, установлены -ниже пакетов катодных шин на противоположной стороне электролизера на 1.1 - 2,7 м.

2.Ошиновка по п.1, отличающаяся тем, что к выходному торцу анодной шины, расположенной на стороне, ближней к соседнему ряду электролизеров, подсоединено 17,6 - 20,6% всех катодных стержней предыдущего электролизера,

3.Ошиновка по п.2, отличающаяся тем, что отношение количества катодных стержней , подключенных к входному торцу анодной шины, расположенной на стороне, дальней от соседнего ряда электролизеров , к количеству катодных стержней, подключенных к входному торцу анодной шины, расположенной на противоположной стороне электролизера, составляет 1,14- 1,7: 1,